本文发表在《大众科学》的前博客网络上，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
聪明才智有很多值得称道的地方——至少我们人类，在动物王国中拥有相对于身体来说最大的大脑，似乎是这么认为的。动物大脑的大小得到了广泛的研究，因为科学家们长期以来一直试图了解为什么我们的祖先会进化出如此复杂且耗费能量的神经回路。
关于大脑大小最有趣的进化假说之一是昂贵的组织假说。早在 20 世纪 90 年代初期，科学家们就试图解释大脑大小是如何进化的。大脑是非常有用的器官；更多的大脑细胞可以带来更强的行为灵活性，更好地控制更大的身体，当然还有智力。但是，如果大脑越大越好，那么每种动物都会拥有更大的大脑。因此，科学家们推断，一定存在缺点。该假说认为，虽然大脑很棒，但其极高的能量消耗限制了它们的大小并抑制了它们的生长。以人类为例，尽管我们的大脑仅占我们身体的 2%，但它们却消耗了我们 20% 的能量需求。您不得不怀疑：我们的大脑使用了如此多的能量，那么哪些身体部位为此付出了代价？该假说认为我们的肠道受到了打击，但智力使觅食和狩猎更加高效，从而克服了障碍。这很有道理，但尽管对大脑大小的进化进行了长达一个多世纪的研究，但仍存在争议，这主要源于昂贵组织假说的证据完全基于物种间的比较和相关性，而没有经验性测试。
本月发表在《当代生物学》上的一项独特研究采用了一种新的方法来检验这个古老的问题。他们没有将脑体比更大的物种与脑体比较小的近亲进行比较，而是利用了孔雀鱼（Poecilia reticulata）大脑大小的自然变异。事实证明，孔雀鱼并不像它们看起来那么愚蠢。它们能够学习，并表现出初步的计数能力。瑞典乌普萨拉大学的研究人员能够利用它们的数字能力来测试大脑大小是否会影响这些简单鱼类的智力。首先，该团队从孔雀鱼的自然变异中选择了较大和较小的大脑。他们通过人工选择成功地创造出了大脑比同类大 9% 左右的聪明孔雀鱼。然后，他们对它们进行了测试。虽然雄性似乎没有从拥有更大的头脑中获得任何好处，但拥有更大脑袋的雌性在任务中表现明显更好。
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但真正引人注目的是这些更大大脑的代价。大脑袋雄性的肠道大小缩小了 20%，大脑袋雌性的肠道大小缩小了 8%。缩小的消化系统似乎对繁殖产生了严重的后果，因为聪明的鱼在第一窝中产生的后代数量减少了 19%，即使它们开始繁殖的年龄与它们的笨同类相同。而且，作者指出，这是在食物充足的理想化水箱环境中进行的——那么在资源更难获得的野外呢？当无法保证进食时，肠道缩小会带来多大的代价？
作者解释说：“由于认知能力对于促进寻找食物、躲避捕食和获得配偶等行为非常重要，因此，在野外，认知能力增强的个体可能具有更高的繁殖成功率。”然而，这些好处并非廉价。“我们证明，在为更大相对大脑大小选择的实验种群中，肠道大小和后代数量减少，这为增加大脑大小的代价提供了令人信服的实验证据。”
仍有许多问题需要解答。例如，作者并不完全确定为什么只有雌性表现出因大脑较大而引起的认知能力提升。他们认为，也许研究人员对智力的衡量（呈现给孔雀鱼的数字任务）可能更适合雌性行为。“在孔雀鱼中，雌性在觅食时更加活跃和创新，”他们解释说。“因为雌性进食更多，因此她们可能在我们的实验设计中有更多的时间将线索与食物联系起来。”
然而，大脑和肠道之间的明显权衡是一个重要的发现。通过为大脑的生理成本提供经验证据，这项研究为昂贵组织假说提供了第一个直接支持，并且可以为我们提供关于我们自身大脑袋如何进化的见解。我们自身大脑增长的一种普遍假说是，通过狩猎或烹饪或任何方式将更多动物产品纳入我们的饮食，使我们能够从更少的食物中获得更多的能量，从而抵消了肠道缩小带来的代价。我们为了获得相同数量的能量而需要吃的食物越少，我们的大脑就可以生长得越多，即使我们的肠道为此遭受了损失。然而，辩论远未结束。对灵长类动物的比较分析不支持肠道-大脑的权衡，当然还有许多关于我们如何以及为何进化出我们巨大的脑叶以及我们的身体为此付出了什么代价的其他假说。
Kotrschal A., Rogell B., Bundsen A., Svensson B., Zajitschek S., Brännström I., Immler S., Maklakov A. & Kolm N. (2013). 对孔雀鱼的相对大脑大小进行人工选择揭示了进化更大大脑的成本和收益，《当代生物学》，DOI：10.1016/j.cub.2012.11.058
图片来源：孔雀鱼来自gucio_55 / 123RF Stock Photo