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腦大讓你變聰明但未必使你百子千孫

大家有沒有想過,既然生物會演化,為何演化出優秀大腦的動物只是少數?為何不是所有動物都朝著高智能發展?為何動物,包括人類,不會無止境地演化出愈來愈大愈來愈聰明的腦子?

若你了解演化的真正意思,你可能先會答:演化只是生物的演變,並不意味朝智能這一終點進步。人類實在不應自大地、自我中心地以為人類智能是整個生物演化過程的目的。

完全沒錯!演化本身並不存在既定目的,演化方向是由演化壓力所推動的。生動點說,演化不是一列由火車頭所帶動,走在既定路軌上的列車,而是一艘任由海風推動,隨風向漂流的帆船。然而,生物學家Hermon Bumpus發現,於暴風雪中生還的麻雀比不幸的同伴有較大的腦子。演化生物學家Alexei Maklakov亦發現,融入城市過著瞬息萬變的生活的鳴禽,比那些只能留守鄉郊的物種,擁有較大的腦身比例。(編按:請參考<聰明鳥住都市>)由此看來,自然選擇似乎是會篩選腦子大小。朝腦大演變的演化壓力是存在的。那麼,為甚麼不是所有動物都會演化出愈來愈大愈來愈聰明的腦子?為甚麼連聰明動物的大腦演化也不是無止境的?同時,有科學精神的你可能還會問:腦子大是否就代表較聰明?腦大是否令動物變聰明?

Alexander Kotrschal的實驗研究結果可以解答這些問題。他帶領研究團隊利用人工選擇繁殖的方法,培殖了兩組孔雀魚。一組有較大的腦子,另一組有較小的腦子。兩組的大小差異為8-10%。為了測試哪組較「聰明」,研究團隊教這些魚兒如何「算數」。在訓練中,實驗員向魚兒展示畫有兩個或四個符號的卡牌,讓魚兒學習使用卡牌提供的線索尋找食物。結果一如所料,腦大魚兒成功上手,腦小魚兒怎也學不懂。由於腦大小是人為地預先操作,這研究屬實驗而非純觀察,使得結果不止於發現腦愈大愈聰明的相關性,更成功確認了腦長得愈大造成動物愈聰明的因果關係。 

人工繁殖這些孔雀魚的野生型個體實驗顯示:腦變大讓魚兒變聰明但減少產子數目
Credit: Marrabbio2/Creative Commons/Science Now

腦子大小與聰明關係的問題有了答案,那麼最主要的那兩道大腦演化問題呢?Kotrschal的實驗研究還檢測了另外兩個變數:產子數目和消化道大小。原來,腦長得大也是要負上代價的。腦大魚兒於首次生產只能製造平均六個後代,但腦小魚兒平均製造七個,意味腦小魚兒生殖力較高。腦大魚兒的消化道平均只有4毫克,而腦小魚兒的有5.5毫克,意味腦小魚兒可能於攝食過程取得較多營養,間接增強生存及生育能力。一名未有參與是次研究的生物學家Wesley Warren如此解說:「若你選擇腦部大小這類複雜性狀,你將喪失其他性狀。」

事實上,之前對昆蟲的研究也發現相似現象。人工繁殖出來,獲得較高學習及記憶能力的果蠅後代,比任意繁殖出來,學習及記憶能力沒有變化的果蠅後代較短命另一同類研究則只有雄性果蠅會折壽,雌性未受影響,說明當中還涉及性別相關的複雜遺傳生理機制白粉蝶當中,較能辨認寄主植物、擁有較高學習能力的家族,所產的卵也比學習能力較低的家族所產生的少和未發展成熟。同研究也發現替白粉蝶注入增強繁殖的激素會降低牠們的學習能力,解釋了學習能力和繁殖力的反相關關係。 

回到正題。現在我們知道,即使存在選擇腦大性狀的演化壓力,同時也存在抗拒選擇腦大性狀的反向演化壓力。在眾多不同方向、相反方向的演化壓力的互動下,腦大性狀的演化壓力總會或多或少受到制衡,斷不會成為單一的演化方向。當生態環境(相對物種而言)並不複雜得需要變聰明來獲得比他人更多更高的生存/生育優勢(野生孔雀魚有必要懂算數嗎?),變聰明帶來的優勢損失就會如制動器般,調整、煞停大腦的演化進程。腦大讓你變聰明但未必使你百子千孫,就是演化史上從來沒有任何動物會無止境地大腦「進化」的原因。

資料來源:

Bad News for Big Brains, by Elizabeth Pennisi, ScienceNow, 10 July 2012

Kotrschal的實驗研究結果還未正式以論文形式刊登,但已於2012年六月二十六日在第五屆國際花鱂科生物學家會議發表,題為:Artificial brain size selection reveals decreased fecundity but increased learning abilities in fish with larger brains (人工選擇腦大小繁殖反映腦大的魚會減少產子數目但增加學習能力)

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關於作者

動物科學碩士,主修動物行為及動物福利,喜歡動物行為訓練,亦對動物演化及自然生態互動充滿興趣。學士時代主修動物學及生態學。