Птицы превосходят млекопитающих в эффективности мозга

Несмотря на то, что относительно массы тела мозг птиц намного меньше мозга млекопитающих, он содержит огромное количество нервных клеток.

Ученые показали, как птицы могут поддерживать такое большое количество клеток мозга, обеспечивающих некоторым птицам впечатляющие когнитивные способности. Оказалось, что нейроны птиц потребляют в три раза меньше энергии, чем нейроны млекопитающих.

Масса нашего мозга составляет всего около 2% от массы нашего тела, но при этом он потребляет 20–25% всей энергии, которую вырабатывает наш организм. Это делает мозг самым энергозатратным органом нашего тела. Мы и другие млекопитающие смогли позволить себе такой крупный мозг, лишь получив в процессе эволюции средства для снабжения нервных клеток большим количеством глюкозы — одним из самых распространенных источников энергии в живых организмах. У всех млекопитающих энергетический баланс нейронов, вероятно, налагает эволюционные ограничения на размеры мозга.

При этом некоторые птицы ничуть не уступают млекопитающим в когнитивных способностях, хотя их мозг гораздо меньше. Например, мозг умнейших птиц, таких как попугаи и вороны, весит всего 10–20 граммов, в то время как мозг шимпанзе весит около 400 граммов. Исследования 2016 года показали, что интеллект птиц связан с тем, что у них в два-три раза больше нервных клеток на объем мозга, чем у млекопитающих. Их нейроны меньше по размеру и упакованы очень компактно.

Однако оставался открытым вопрос, как столь маленькое животное может позволить себе такое невероятное количество нейронов. Ученые из Рурского университета в Бохуме (Германия) смогли ответить на этот вопрос. Оказалось, что многочисленные нейроны мозга птиц потребляют очень мало энергии.

В ходе исследований ученые анализировали мозг голубей с помощью метода позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ). Добавляя специальный контрастный радиофармпрепарат, они смогли оценить, сколько глюкозы потребляют нервные клетки мозга голубей в состоянии бодрствования и во время медикаментозного сна. После этого они провели моделирование, чтобы количественно оценить скорость церебрального потребления глюкозы.

К удивлению ученых относительное потребление энергии нейронами птиц оказалось в три раза меньшим, чем у млекопитающих. Таким образом, у птиц есть дополнительные механизмы, которые позволяют им тратить меньше энергии на работу мозга.

Частично это может быть связано с более высокой температурой их тела, однако ученые полагают, что существуют и другие, на данный момент неизвестные факторы.