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大脑的进化过程,远比我们认为的更复杂

2019-08-26 20:25

Chilecebus carrascoensis的头骨。


Chilecebus carrascoensis头骨的高分辨率计算机断层扫描(CT)图。


灵长类动物大脑比较示意图。


一直以来,科学家们都认为类人猿(包括现代和已灭绝的人类及其近亲在内的多个物种)的大脑尺寸是随着时间逐渐增大的。然而,科学家对来自南美洲的一个非常古老且最完整的灵长动物头骨化石进行研究后发现:类人猿大脑的进化模式实际上非常复杂。


这项研究由来自美国自然历史博物馆、中国科学院和加州大学圣巴巴拉分校的研究者合作完成,并于8月21日发表在《科学进展》杂志上。该研究提出,在类人猿的演化历程中,大脑在不断地、独立地扩大,而且类人猿的一些早期成员的大脑比科学家此前认为的要复杂得多。


“人类的大脑格外的大,但我们对这一关键特征的形成时间却知之甚少。”该研究的第一作者倪喜军(音译)说,“一部分原因是完整保存下来的人类远古亲缘物种的头骨化石非常稀少。”


作为与弗里克博物馆哺乳动物化石馆长John Flynn长期合作的研究的一部分,倪牵头对在智利安第斯山脉高处发现的一块距今2000万年的类人猿化石进行了详细研究。这块头骨化石是已知的唯一一块属于Chilecebus carrascoensis的标本。


倪和John Flynn以及同事此前针对Chilecebus的一项研究大致分析了其大脑相对于体型的尺寸,即脑化指数(EQ)。同一体型的动物物种,大脑越大,则意味着智商更高。相比其它哺乳动物,大多数灵长动物的EQ都很高,而人类和一些亲缘物种的EQ指数更是其中的翘楚。


这项新研究比之前的研究更进一步,对整个类人猿家族树中动物的大脑模式进行了说明。为校正亲缘关系的影响,研究人员提出了系统发育脑化指数(PEQ)。分析结果表明,Chilecebus的PEQ相对来说比较小,只有0.79。大多数现代猴类的PEQ则在0.86-3.39之间,人类则高达13.46,这一数值即使跟与我们亲缘关系最近的动物相比也是非比寻常的。有了这个新框架,研究人员证实,在类人猿进化过程中,大脑在不断地、独立地扩大,除去某些特例,这种情况在新旧世界的类人猿谱系中都是如此。


除此之外,高分辨率x射线计算机断层扫描(CT)和三维数字重建技术让研究小组对Chilecebus的大脑解剖结构也有了一些新的见解。现代灵长类动物大脑中的视觉和嗅觉中枢的大小呈负相关关系,这反映出了进化过程中可能存在的“权衡”,通俗地说,视觉敏锐的灵长类动物通常嗅觉较弱。令人惊奇的是,研究者发现Chilecebus的嗅球很小,但视觉系统却没有相应地变大。这一发现预示着,灵长类动物的视觉和嗅觉系统的进化并不是像科学家此前广泛认为地那样紧密联系在一起。


另外该研究还发现,视神经开口的大小表明了Chilecebus是日行性动物。此外,虽然Chilecebus的脑沟模式比大多数现代类人猿要简单,但也至少有7对。对于这种非常古老的灵长类动物来说,这种复杂性是出乎人们意料的。


原创编译:Sky 审稿:阿淼 责编:张梦


期刊来源:《科学进展》


期刊编号:2375-2548


原文链接:https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-08/amon-2ss081919.php


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