腦容量越大，食量越大

文／黛安娜·魯茲

譯／王治軍

作為地球上的物種之一，人類對自己的大腦充滿信心，大多數人並不會質疑我們的大腦否有缺陷，也不會去探究我們的大腦在認知方面有什麼優勢。

美國聖路易斯華盛頓大學藝術與科學學院生物學專業研究生吉姆伯雷·薩克厄姆說：「我們可以想像，大腦容量大，能夠帶來巨大的好處，但從另一方面來說，腦組織『昂貴』得驚人，大腦容量增大的同時會帶來巨額代價。」

薩克厄姆的導師，該院生物學教授布魯斯·卡爾森稱，要進化出一個更大的大腦，要麼減少其他器官對能量的需求，要麼就要增加總體能量攝入。

以往對靈長類動物、青蛙和蟾蜍、鳥類和魚類的研究支持了這一假說，但容量更大的腦究竟是如何進化出來的，目前尚無定論。

卡爾森實驗室對來自非洲的長齶電魚進行了研究，發現長齶電魚通過弱放電來定位獵物，並與其他同類進行交流。

長齶魚因其大腦容量大而聞名，實際上，這種魚的某些種群大腦重量占其全身重量的比例可達3％，甚至超過了人類——人類大腦佔全身重量約2％到2.5％。長齶魚家族內種群數量超過200個，科學家們從中選取了30種進行研究，發現這30種長齶魚的大腦容量各不相同。

薩克厄姆說：「我們意識到，這種魚為我們研究大腦新陳代謝成本提供了很好的樣本。」科學家們用氧氣消耗和耐受缺氧能力（代替能量使用和能量需求）作為指標，對長齶魚進行了實驗。結果不出所料，他們發現腦容量最大的種群對氧氣的需求量最高，腦最小的種群需氧量則最低。

這一研究成果發表在2016年12月21日的《英國皇家學會會刊B》上，與發表於2016年5月19日《自然》上的一篇文章形成鮮明對比，後者發現腦容量相對較大的人類的代謝速率，比腦容量相對較小的類人猿要高得多。

有別的方法減少能量消耗嗎？

首次面對這個問題的時候，你可能會理所當然地認為，要維持一個容量較大的腦必須要多吃食物。然而，許多研究已經表明，如果「節省」體內其它能量消耗較大的器官或過程，身體就能容納一個更大的腦。

發表於2016年9月《美國博物學家》上的一篇文章，對30種青蛙和蟾蜍進行了研究，發現這些動物的腦越大，腸道器官（也是一個需要消耗巨大能量的器官）就越小。

對人類的早期研究也表明，人類腸道較小但同樣能維持容量較大的腦，其中一個原因是人類基礎代謝速率與其他靈長類動物大致相當。（一個較小的腸道是如何在自身耗能較少的同時卻提供更多能量的呢？論據是，腸道萎縮變小，必然要求食物更具營養，如肉類、塊莖類食物和熟食等。）

近來更多的研究不僅觀察了普通靈長類動物，也觀察了類人猿，即與人類最接近的進化親屬。研究結果發現，基礎代謝速度和總能量消耗規模與大腦的大小存在一定關係。

卡爾森表示，早期對腦容量大小的研究中出現一些迷惑，因為相比中等容量的大腦，容量較大的大腦通過不同的生理機制消耗的能量不同。他認為，通過節省其他器官或改變行為，大腦容量的適度增長是有可能的，但容量非常大的大腦則需要增加總能量的攝入。

這並非是件好事，對長齶魚和人類來說，為了生存的需要而攝入更多食物是一種極具風險的做法。

卡爾森和薩克厄姆指出，長齶魚通過「放電定位」感測其環境的能力，有助於它們更有效地覓食。那些腦容量較大的長齶魚同時進化出了實用的附肢（如特殊的口鼻器官或管狀鼻子）來幫助其從裂縫中尋找無脊椎動物為食。

儘管發生了這些適應性變化，腦容量較大的長齶魚對能量的過度需要把它們的生存限制在氧氣濃度持續高的環境中，如水流湍急的大型河流。然而，腦容量較小的長齶魚可以在更多種環境中生存，包括含氧氣量低的沼澤。

人類在食物供應中斷時，同樣表現得十分脆弱，因為我們的大腦容量較大，需要消耗更多能量。人類可以通過高效的雙足步行，或烹飪和共享食物來減輕這種風險，也可以通過儲存脂肪來減輕風險。《自然》雜誌的作者指出，在食物匱乏時，身體脂肪能起到很重要的緩解作用。