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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