Limits to brain evolution

Ludzki mózg to najbardziej złożona struktura w świecie zwierząt. Przyczyny oraz mechanizmy jego ewolucji i rozwoju są nierozwiązanym problemami, które są badane przez wielu naukowców. Wiemy, że u naczelnych w trakcie ewolucji zwiększała się masa mózgu oraz rozrostowi uległa kora mózgowa. Znacznemu zwiększeniu, w stosunku do innych zwierząt, uległa również liczba neuronów. Najbardziej oczywistym pomiarem jaki możemy wykonać, oceniając wielkość mózgu jest zważenie go i określenie jego objętości. Tak zmierzona wielkość absolutna rzadko jest stosowana przy porównaniach pomiędzy różnymi gatunkami zwierząt i częściej stosuje się miary relatywne, a w szczególności współczynnik encefalizacji. Analizując ograniczenia w rozwoju mózgu uwzględnić trzeba limity energetyczne, o których mówi teoria kosztownej tkanki. Zakłada ona, że dostarczenie odpowiedniej ilości energii do dużego mózgu u naczelnych wymagało zredukowania masy innych kosztownych metabolicznie organów, głównie jelit. Na nieco inny aspekt wskazuje teoria kosztownego mózgu. Według niej powstanie rozbudowanego mózgu wiąże się ze zwiększeniem całkowitego budżetu energetycznego organizmu lub z ograniczeniem zużycia energii przez inne funkcje życiowe, o czym mówi również teoria kompromisu energii. Tak rozwinięty mózg, zużywając duże nakłady energii w konsekwencji produkuje znaczne ilości ciepła, które muszą być sprawnie usuwane, by zapobiec przegrzaniu. Stanowi to czynnik ograniczający rozwój mózgu. Na skutek zwiększenia rozmiarów kory mózgowej powstają również utrudnienia związane z przesyłaniem informacji oraz tworzeniem połączeń pomiędzy neuronami. Wszystkie wymienione teorie oraz wyniki badań wskazują, że istnieje wiele czynników hamujący ewolucję mózgu. Jednak ze względu na złożoność i specyfikę tego cennego organu trudno jednoznacznie przewidzieć jego dalszy rozwój.

The human brain is one of the most complex structures known in the animal world. The causes of the origin and direction of future evolution of such advanced organ is still an open and debated question. What we know for sure is that our brain, and particularly the cerebral cortex, grew significantly in size during the course of evolution. In primate brains, the number of neurons increased disproportionally in comparison to other mammalian orders. An analysis of the problem of physical limits of brain evolution must take into account energetic restrictions, which are the main clue of expensive tissue hypothesis. It assumes that to deliver sufficient amount of energy to the expanded brain, the size of other metabolically expensive organs have to be reduced. The expensive brain hypothesis suggests a different view. It assumes that the enlargement of the brain size causes an increase in the whole energy budget or reduction of the quantity of energy dedicated for such vital functions as digestion, locomotion or reproduction. The energy trade-off hypothesis shares similar assumptions. The brain produces a lot of heat which, if not removed, would cause overheating and even death. The efficiency of cooling of brain tissue may be an important factor limiting brain upgrowth. Another limiting factor may be related to the efficiency of internal communication within the brain, which can decrease as the size of the cerebral cortex increases. All of this hypothesis and findings indicate that there are factors limiting brain evolution. But because of brain's complexity and specificity, it is hard to predict the future evolution of this precious organ.