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鲸鱼和海豚的大脑会产生大量热量

我们都听说过海豚和鲸鱼(鲸类)是高度聪明的动物的口头禅。有人声称它们与伟大的猿猴和人类相提并论,甚至可能更聪明。但是这个概念是从哪里来的呢?

有两种思路。首先,一系列鲸类行为被解释为具有显着智力的表现。第二,鲸类的大脑很大。有几种物种的大脑重于人类的大脑。我们的大脑很大,而这些大脑的结构和活动决定了我们以非常复杂的方式检查,分析和操纵世界的能力。因此,人们认为,任何其他具有相同或更大大脑的动物,都必须将其大脑用于同一事物。

但是,这种逻辑基于一个非常具体的假设:1克的大脑组织平均具有相同的能力,以相同的方式处理信息,而与发现该信息的大脑无关。我在过去20年中一直质疑这一假设,得出的结论却截然不同。

在我最近的研究中,我和我的同事们确定鲸类的大脑确实很特殊。但是,这并不是为了智力:它很特殊,因为它比其他哺乳动物的大脑产生更多的热量。通过我们的研究,我们得出结论,鲸类大脑具有专门的生热系统。它可以帮助动物的大脑产生足够的热量,以维持正常的大脑温度,我们相信这将消除热量对水的损失。这与鲸鱼和海豚保持身体温暖的特殊方式是分开的。

有证据表明,我们描述的神经生热专门技术大约在3200万年前发展起来。

有了这些知识,科学家可以更好地了解水温对鲸类动物生存的重要性。反过来,这将使我们能够理解在与人为诱发的气候变化相关的不可避免的海洋温度升高期间,某些鲸类物种会发生什么情况。

某些物种,例如依赖极地冰的物种,如独角鲸和白鲸,很可能会成为全球变暖的受害者。对鲸类动物的这种新理解将使我们能够以最适当的方式指导我们的保护工作,以确保尽可能多的鲸类动物的未来。

大小和技巧

与人类以及其他许多哺乳动物相比,鲸类大脑的前额叶皮层非常小(该部分参与了我们较高的智力/执行活动),海马体很小(负责记忆形成/检索和空间导航)以及许多其他功能与其他哺乳动物非常不同。

这意味着我们可以得出结论,鲸类大脑的结构没有赋予它们必要的“硬件”,这种硬件所产生的行为比许多其他动物(与人类不同)所见的行为更为复杂。

那么,如果鲸类大脑出于智力目的不大,为什么那么大呢?

鲸类大脑大约在3200万年前变成了真正的大型动物,大约在它们成为完全水生哺乳动物之后约有2000万年。这时,全球海洋温度出现了大幅降温。这恰好与浅,温暖,营养丰富的赤道特提斯海的丧失相吻合。这些古老的鲸类动物面临困境:适应这种新的,寒冷的,开放的海洋环境,或者灭绝。

哺乳动物的大脑会独立于身体产生自己的热量,以维持37°C的稳定温度。即使脑温稍有下降,也会导致神经活动减少。鲸类大多数生活在海洋水域。在相同温度下,哺乳动物的身体通过传导性热传递到水中的热量要比空气传递快90倍,从而损失热量;哺乳动物的大脑需要保持在37°C的温度。考虑到这些因素,我提出,也许大约在3200万年前发生的冷水环境压力是鲸类大大脑进化的诱因。

鲸类大脑内部

为了支持这一想法,我和我的同事们研究了鲸类动物及其近亲大脑中的热生成系统,其中包括翼动动物(如河马,猪,羚羊,水牛和长颈鹿)。

我们认为,这种发热量的系统必须使用不发抖的生热过程,因为在大脑周围没有肌肉,因此这种发热量是在细胞内而不是通过肌肉活动产生热量的方法。通过不发抖的生热作用而产生热量的人体中最常研究的部分是棕色脂肪。棕色脂肪细胞可以改变其内部代谢途径,从而产生热量,从而使身体变暖。当线粒体(细胞内产生能量的细胞器)改变其活性,从而使细胞产生化学能而不是产生三磷酸腺苷(ATP)时,就会发生这种情况。这可以通过激活解偶联蛋白(UCP)来实现。

在鲸类大脑中,我们发现含有这些蛋白质的神经元几乎是其陆地亲属的三倍。我们还发现,在鲸类动物中,有30%至70%的神经胶质细胞含有UCP,而在动d动物中,神经胶质细胞不含有易于检测到的UCP。胶质细胞是大脑的管家:它们维持正确的微环境,以支持活跃的神经元功能。

我们得出的结论是,鲸类大脑具有专门的生热系统,大约在3200万年前就出现了。我们相信,这将消除热量流失到水中,并帮助鲸类维持脑部正常温度。

特殊的大脑

所以,是的:长期以来,鲸类的大脑是特殊的。但是,这种大脑并不用于特殊的智力功能和复杂的思想。相反,它是特殊的,因为它比其他哺乳动物的大脑产生更多的热量,这对于它们在较冷的水生环境中生存是必不可少的。

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