动物的脑质量和身体质量相关这一观点在直觉上是有道理的:毕竟,体型较大的动物往往比较型较小的动物拥有更大的脑部。
然而,事实证明很难找到一个明确的模型来准确描述这两个数字之间的关系。
一项新研究发表于自然生态与进化本月的研究表明,这一问题源于长期以来对两个质量之间的数学关系的假设中的一个根本错误。
该研究提出了一种替代模型,该模型不仅能更好地符合数据,而且有望解释其他几个有关大脑进化的长期问题。
正如该研究解释的那样,几十年来,人们普遍认为,身体和大脑的质量关系遵循一个相对简单的幂律。然而,这种提出的关系引起了激烈的争论,因为它似乎并不适用于所有物种群体。
到目前为止,研究人员还未能找到一种适用于所有领域的方程式配置。特别是,不同分类层之间的差异已经令人烦恼不已,以至于它有了自己的名字:分类单元级问题。
虽然关系中一个关键部分的价值和来源被称为异速生长虽然关于大脑质量和身体质量之间的关系一直是争论的焦点,但新论文探讨了一个更基本的问题:我们是否正确地假设大脑质量和身体质量之间的关系遵循某种对数线性关系。
为此,作者获取了包含 1,504 个哺乳动物大脑/身体质量值的大量数据集,并研究了哪种模型最适合这些数据。
他们发现,这种关系不是对数线性的,而是对数曲线:当以对数刻度绘制时,图形本身必须弯曲以适应它。
作者测试了几个不同的方程来构建这条曲线,发现最适合的方程是二阶多项式——高中时经常遇到的那种二次方程。
曲线的主要特征就是它“随着哺乳动物体重的增加,脑质量随体重增加的速率会降低”。因此,它预测大型动物的脑部比线性模型预测的要小——这正是数据集所显示的。
通过一条曲线来拟合大脑/身体关系,可以对先前模型下具有明显不同异速生长系数的群体进行比较。
这项研究展示了新模型的一个优势:“[它]使得研究特征(或相对特征)随时间演变的进化趋势成为可能。”为此,它研究了脑质量增加的速度?或者换句话说,大脑变大的速度。它发现物种之间存在显著差异。
毫不奇怪,灵长类动物速度异常快,但啮齿类动物和食肉动物也是如此。只有三组动物表现出大脑与身体质量随时间增加的关系。
这项研究主要针对哺乳动物,但作者还研究了鸟类的身体/大脑质量对数据集,发现曲线关系也很好地符合这些数据。但或许最有趣的谜团是,为什么大脑和身体质量会以这种方式相关。
这个问题仍然悬而未决,而它的答案很可能在很大程度上决定了动物如何以及为何以现在的方式进化。
随着研究在结论中说“寻求跨物种曲线关系的理论和经验基础可能会为生物学带来重大贡献。”
这项研究发表于自然生态与进化。