과학자들은 오랫동안 동물의 뇌가 클수록 더 커진다고 믿어왔습니다. 그러나 우리의 최근 연구는 이러한 견해의 선형적 성격에 도전하고 뇌 크기와 신체 크기가 어떻게 공진화되었는지에 대한 새로운 통찰력을 보여줍니다.
동물마다 뇌의 모양, 크기, 내부 구조가 놀라울 정도로 다양합니다. 뇌 크기는 일반적으로 인지 능력과 관련이 있지만 뇌의 다양성은 동물 자체의 크기와 밀접한 관련이 있습니다.
동물의 크기가 증가함에 따라 뇌 크기도 증가하지만 정비례는 아니지만 일대일 관계는 아닙니다. 이 현상을 가변 스케일링이라고 합니다.
포유류의 몸 크기는 무게가 2g도 안 되는 작은 박쥐부터 지금까지 살았던 동물 중 가장 큰 동물인 대왕고래까지 다양합니다. 따라서 뇌 크기의 변화가 어떻게 진화했는지에 대해 의미 있는 말을 할 수 있으려면 신체 크기와 뇌 크기가 어떻게 함께 진화했는지 이해해야 합니다.
이것이 우리의 최근 연구가 시도한 것입니다. 우리는 1,500종 이상의 포유류 종과 이들의 뇌 크기를 다루는 데이터 세트에 강력한 컴퓨터 분석을 적용했습니다. 우리는 동물의 크기에 비해 뇌의 크기가 어떻게 진화했는지 물었습니다.
우리의 결과는 뇌 크기와 신체 크기 사이의 진화적 변화에 대한 놀랍도록 단순한 패턴을 보여주었습니다. 우리는 뇌 크기와 신체 크기 사이의 관계가 이전에 가정했던 것처럼 선형이 아니라 오히려 곡선이라는 것을 발견했습니다. 신체 크기가 특정 한계에 도달하면 관계는 특정 한계에서 중지됩니다.
조 베이커, 작성자 제공(재사용하지 마세요)
이전에 연구자들은 뇌와 신체 크기 사이의 관계가 광범위하게 변한다는 사실에 의아해했습니다. 예를 들어, 다른 동물 그룹보다 일부 동물 그룹에서 관계가 더 날카로운 것으로 나타났습니다(예: 분홍색의 영장류에 비해 보라색의 코끼리와 그 사촌).
뇌와 신체 크기 사이의 관계는 같은 목의 종(예: 영장류 또는 육식동물) 사이보다 같은 과의 종(예: 유인원과 사람과 또는 개과) 사이에서 덜 강력합니다.
우리는 일부 더 큰 동물에서 뇌 크기가 감소하는 이유를 조사하기 위해 데이터를 다시 살펴보았습니다. 우리 연구에서 우리는 놀랍게도 이러한 한계가 큰 뇌를 유지하는 데 필요한 높은 에너지 비용으로는 설명될 수 없음을 입증했습니다. (인간의 전체 에너지 소비 중 약 20%가 뇌에 할당됩니다.) 이러한 제한은 뉴런의 밀도와 관련이 없으며, 이로 인해 더 큰 뇌가 필요하지 않고 처리 능력이 향상될 수 있습니다.
따라서 우리 결과의 이러한 측면 뒤에 있는 프로세스는 현재로서는 미스터리로 남아 있습니다.
그러나 우리의 연구를 통해 우리는 뇌와 신체 크기와 관련하여 변칙적인 포유류 종을 식별할 수 있었습니다. 이를 위해 우리는 뇌 크기의 매우 빠른 변화를 경험한 종과 계통을 식별하는 분석 방법을 사용했습니다.
이렇게 빠르게 진화하는 혈통 중에는 우리 종이 있습니다. 호모 사피엔스우리는 우리의 큰 뇌가 다른 모든 포유류 종의 평균 속도보다 20배 이상 빠른 진화 속도로 진화하여 오늘날 인류를 특징짓는 거대한 뇌가 탄생했다는 것을 발견했습니다.
인간이 포유류의 패턴에서 예외라는 사실은 도구를 사용하고, 집을 짓고, 음악을 작곡하고, 복잡한 사회에서 살아가는 우리의 능력과 일치합니다. 그러나 인간만이 이 곡선에서 벗어난 유일한 종이 아닙니다.
우리는 생쥐, 곰, 돌고래, 코끼리와 같이 예리한 지능으로 알려진 많은 종을 포함하여 신체 크기에 비해 뇌의 크기가 빠르게 증가하는 포유류 생명나무에서 많은 종을 발견했습니다. 그러나 왈라비, 마못, 쿠올과 같은 다른 종도 있습니다.
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대조적으로, 우리는 박쥐가 처음 진화했을 때 뇌 크기가 더 작아지는 속도가 급격히 빨라지는 것을 관찰했습니다. 그러나 뇌 크기는 다음 5천만년 정도의 진화 기간 동안 아주 약간 그리고 느리게 진화했습니다. 이는 아마도 비행으로 인해 박쥐의 뇌 크기에 영향을 미치는 일종의 제한을 나타낼 수 있습니다.
우리는 동물 뇌의 상대적인 크기의 급격한 변화가 육식동물, 설치류, 유인원에서 가장 자주 발생한다는 사실을 발견했습니다. 세 그룹 모두에서 이러한 급격한 변화는 거의 항상 뇌 크기의 비례적 확대로 이어집니다.
March-Laertet 규칙으로 알려진 이 원리는 포유류 진화에서 상대적인 뇌 크기가 시간이 지남에 따라 증가하는 경향이 있음을 시사합니다. 그러나 우리의 모델은 이것이 모든 종에서 관찰되는 보편적인 현상이 아니라는 것을 나타냅니다.
이러한 추세가 적용되는 세 포유류 그룹은 가장 가까운 친척(예: 판다와 회색곰, 고슴도치와 기니피그) 사이에서도 행동과 생태가 매우 다양하다는 특징이 있습니다. 여기에는 인간, 두더지 쥐, 다람쥐와 같은 가장 사회적인 동물이 포함됩니다.
영장류의 뇌 크기는 지속적으로 증가했습니다. 최초의 영장류의 뇌 크기는 몸 크기의 약 0.5%였습니다. 결국, 뇌 크기가 커짐에 따라 뇌도 더 커졌습니다(신체 크기의 약 2%).
우리의 데이터는 때때로 간단한 설명으로 우리가 자연에서 관찰하는 복잡성을 설명할 수 있음을 보여줍니다. 그러나 자연선택은 본질적으로 복잡하다. 다른 규칙과 마찬가지로 뇌 크기와 신체 크기 사이의 곡선 관계는 곡선 이전에 진화한 동물에 의해 반복적으로 깨졌습니다.
