У собак (и енотов) наибольшее число нейронов среди хищных

Любителям кошек это, конечно, не понравится: недавнее исследование показало, что у кошек в коре головного мозга нет и половины того количества нейронов, какое есть у собак. Поскольку речь идёт о части мозга, делающей познание интегральным и гибким, выходит, что собачьи познавательные способности лучше кошачьих. Эти данные получены группой исследователей под руководством Сюзаны Геркулано-Хаузел (Suzana Herculano-Houzel).

Многие дрессировщики и владельцы животных согласны с тем, что у собак более сложное поведение и более высокая способность решать проблемы, чем у кошек. Однако подкрепить данное наблюдение систематическим и точным доказательством весьма затруднительно. Дело в том, что подсчитать, сколько в мозге нейронов (путём превращения их в «суп» по методу, разработанному Геркулано-Хаузел) гораздо проще, чем выразить числами поведение и познание, чтобы затем, используя эти числа, провести сравнение животных различных видов.

Тем не менее, количество нейронов в коре головного мозга даёт для такого сравнения немало ценной информации. По этому показателю у человека безусловное лидерство, хотя по объёму кортекса он далеко не чемпион: например, у африканского слона кортекс вдвое больше, чем у человека, но содержит лишь треть человеческого количества нейронов (5,6 миллиарда против 16 миллиардов). Второе место по количеству нейронов в коре головного мозга сейчас присуждают гориллам и орангутангам (8—9 миллиардов нейронов), а третье место занимают шимпанзе (6—7 миллиардов нейронов).

Несовпадение кортекса, содержащего наибольшее количество нейронов, и кортекса, имеющего наибольший объём, связано, насколько нам известно, с появлением в классе млекопитающих отряда приматов (включая нас самих). В то время как у ранних млекопитающих эволюционное увеличение количества кортикальных нейронов, по-видимому, неуклонно вело к увеличению объёма кортекса, приматы принесли с собой ряд новшеств — таких, как ногти вместо когтей, бинокулярное зрение и рост количества кортикальных нейронов без увеличения объёма кортекса. В результате, приобретая в ходе эволюции дополнительные кортикальные нейроны, головной мозг неприматов стал увеличиваться в размерах намного быстрее, чем мозг приматов.

Группа Геркулано-Хаузел в своей последней работе, опубликованной в журнале Frontiers in Neuroanatomy, добавила в растущий список животных, головной мозг которых для подсчёта нейронов был превращён в «суп», восемь видов хищных. Простейший прогноз был такой: добавленные виды — хорёк, полосатый мангуст, кошка, енот, собака, гиена, лев и бурый медведь — имеют мозги, которые можно измерять, используя обычную для неприматов шкалу. С другой стороны, для крупных хищных, таких как львы, характерна охота на крупных копытных, и она способна сформировать у хищника мощную когнитивную потребность быть хитрее потенциальной жертвы, чтобы той не удалось скрыться от него на своих более длинных ногах. В свою очередь, у кошек и собак, одомашненных тысячи лет назад, пропорция головной мозг — тело нередко менялась в сторону уменьшения величины мозга для данной величины тела (или укрупнения тела для данной величины мозга). Отразилось ли всё это на количестве кортикальных нейронов?

Работа, проведённая под руководством Деборы Жардим-Месседер (Débora Jardim-Messeder) в рамках её магистерской диссертации, показала, что по числу нейронов, содержащихся в данной массе головного мозга, большинство исследованных хищных, включая одомашненных кошек и собак, сопоставимо с другими видами неприматов. Как и ожидалось, не только объём головного мозга, но и количество содержащихся в нём нейронов у кошек меньше, чем у собак: в кошачьем кортексе авторы исследования обнаружили около 250 миллионов нейронов — весьма скудное количество по сравнению с 430 миллионами нейронов маленькой собачки и более чем 620 миллионами нейронов золотистого ретривера. Поскольку как у маленьких, так и у больших собак сохраняется соотношение между объёмом кортекса и количеством нейронов, свойственное всем млекопитающим-неприматам, похоже, что к головному мозгу огромного множества разнокалиберных собак, которое появилось вследствие приручения и искусственного отбора, следует применять ту же мерку, что и к любым другим видам неприматов.

Однако это совершенно не годится для енота, ставшего одним из двух исключений, зафиксированных в ходе исследования. Несмотря на головной мозг кошачьего размера, у двух диких енотов оказалось собачье количество кортикальных нейронов: около 400 миллионов. Такое количество нейронов в таком маленьком кортексе вынуждает ставить енотов на один уровень с приматами. Было время, когда расчётливых и хитрых животных в характерных масках, пока не причислили их к хищным, и впрямь классифицировали как обезьян. Енотов для исследования кортекса предоставила профессор Келли Ламберт (Kelly Lambert), поведенческий нейробиолог из Университета Ричмонда (University of Richmond), штат Вирджиния. Её давно поражает поведение этих животных, и ей было приятно узнать, что у них так много кортикальных нейронов. Однако в своей лаборатории Ламберт изучает не енотов, а крыс. Её спросили: почему? Ведь еноты, как ни крути, такие умные! «Потому что мою лабораторию пришлось бы сделать максимально безопасной, чтобы удерживать этих пройдох взаперти!» — ответила Ламберт.

Для бурого медведя исходную гипотезу скорректировали в противоположном направлении, ибо в его головном мозге нейронов оказалось гораздо меньше, чем ожидалось. Хотя масса медвежьего мозга 315 граммов, что почти в 10 раз больше, чем у кошки или енота, этот самый крупный среди исследованных мозгов представителей отряда Хищные содержит всего лишь около 250 миллионов кортикальных нейронов, то есть столько же, сколько у кошки, и почти вдвое меньше, чем у енота. Весьма сомнительно, что исследованный медвежий мозг был аномальным, ибо в нём (как, между прочим, и в случае с енотом) отсутствовали следы какого-либо заболевания и имелось ровно столько клеток-ненейронов, сколько и рассчитывали найти в мозге млекопитающего такой величины.

Исследователи предполагают, что огромное тело бурого медведя несовместимо с большим количеством кортикальных нейронов. Поскольку это всеядный зверь, в 1 грамме его пищи содержится меньше калорий, чем в пище других крупных, но питающихся только мясом животных. К тому же медведь массивней других хищных: тот, которого исследовали, имел массу 350 кг, тогда как исследованная львица — 180 кг. Поскольку диета бурого медведя недостаточна для того, чтобы постоянно поддерживать активность мозга и всего тела, это животное в течение примерно шести месяцев в году пребывает в спячке, что позволяет резко сократить расход энергии в зимнее время. Авторы выдвинули гипотезу, согласно которой кортекс бурого медведя достигает максимального размера, а затем теряет значительную часть кортикальных нейронов ввиду недостатка энергии для поддержания их активности.

Лев, второй по величине представитель хищных из тех, что подверглись исследованию, демонстрирует сходную тенденцию. Исследованная львица была в 9 раз массивней золотистого ретривера и имела мозг, размеры которого вдвое превосходили размеры мозга этой собаки, однако в её кортексе оказалось лишь около 500 миллионов нейронов — меньше, чем у золотистого ретривера (и чуть больше, чем у одного из енотов). Согласно гипотезе ведущего исследователя профессора Геркулано-Хаузел, скудное количество нейронов в львином кортексе при его внушительном объёме объясняется той же проблемой, с какой приходится иметь дело и другим крупным плотоядным, питающимся только мясом: при беге они расходуют столько энергии, что их мозг считает достойной внимания лишь такую охоту, которая сулит большую добычу, однако при этом потенциальные жертвы, имея длинные ноги, стремительно убегают, делая охоту дорогостоящим и рискованным предприятием. «Их чествуют как царей и цариц джунглей, но всё это величество, похоже, зиждется на чрезвычайно высоких затратах энергии. Нужно сосать лапу, чтобы быть крупным плотоядным», — говорит Геркулано-Хаузел.

В настоящее время она и её группа разрабатывают новый подход к оценке потребления энергии головным мозгом животных разных видов — такой, который не требует привлекать живых животных к лабораторным исследованиям.