Мозг. Такой ли он особенный? - Сюзана Херкулано-Хузел

Так же как машины работают на бензине и не могут сдвинуться с места с пустым бензобаком, наши организмы работают на поразительно похожих на бензин органических соединениях, которые мы расщепляем, используем энергию их связей в митохондриях, а затем перераспределяем энергию в другие отделы клетки. Разница, однако, заключается в том, что хотя мы начинаем сильно волноваться, если бак почти пуст, а до ближайшей АЗС с десяток километров, нам не приходится заботиться о том, когда мы найдем что-нибудь поесть, чтобы снабдить энергией организм. Мы озабочены тем, что нам нравится из еды и, может быть, тем, где бы нам поесть. Однако те из нас, кто живет в крупных городах, считают само собой разумеющимся, что еда доступна нам всегда, по первому требованию^[211].

Однако в дикой природе, откуда вышли наши предки, получение еды было вовсе не гарантировано; ее поиск отнимал много сил и времени – так много, что сам процесс получил особое наименование – «Кормодобыча». Хотя в современном доме «кормодобыча», как правило, сводится к походу на кухню к холодильнику или шкафу, откуда мы берем пригоршню чипсов или пару-тройку печений, чтобы получить 150 килокалорий, добывание этих же калорий в диком лесу может занять больше часа, к тому же и сам поиск требует немалых затрат энергии.

На самом деле, учитывая разные размеры рта, поедание тех же 150 килокалорий в дикой природе может занять больше одной минуты. Например, мышь сможет одолеть печенье, содержащее 50 килокалорий, за одну минуту, а человек за то же время проглотит три печенья^[212]. Как мы видели в главе 9, обладание большим числом нейронов требует и больше энергии для поддержания их жизнедеятельности, что, в принципе, требует и больше времени на добывание пищи.

Однако это только в принципе. Большее число нейронов образует больший по размеру головной мозг, при этом тело растет еще быстрее. Несмотря на то что большие тела требуют больше энергии в сутки, такие тела, как правило, обладают и большей пастью, а это означает, что такое животное за один час может съесть больше пищи, чем животное более мелкое, возможно, даже больше, чем требуется. Но растет ли потребление калорий достаточно быстро для того, чтобы удовлетворить растущую потребность в энергии, или потребности более крупного тела делают его в конечном счете слишком дорогостоящим?

Причина моего внезапно вспыхнувшего интереса к приему пищи, который кажется весьма далеким от вопроса о том, как устроен мозг, заключается в моем открытии того, как дорогостоящие в энергетическом плане нейроны – а я подозревала, что высокая энергетическая стоимость мозга приматов в частности, – при плотности их упаковки могут объяснить, почему у горилл мозг намного меньше, чем можно было ожидать при их громадном теле.

Вот что, если коротко, я заподозрила после этого, а теперь могу подтвердить полученными данными. Причина, почему людей долго считали особенными – аутсайдерами в сравнении с другими животными вообще и с приматами в частности, – заключается в том, что за среднюю норму принимали мозг крупных человекообразных обезьян, хотя на самом деле аутсайдерами являются именно они, а не мы. В сравнении со всеми другими видами приматов, по которым у нас есть данные о массе тела и числе нейронов в головном мозге, человек и крупные человекообразные обезьяны обладают типичным, крупным мозгом по числу нейронов и их распределению по мозговым структурам. Но если речь идет о размерах тела, то здесь на фоне других приматов выделяются крупные человекообразные обезьяны, а не мы: в то время как люди со своим соотношением между массой тела и числом нейронов находятся там, где должен находиться типичный примат, гориллы и орангутаны обладают мозгом, который слишком мал для массы их тела.

Проблема теперь заключается в том, чтобы найти объяснение тому, что заставило больших человекообразных обезьян отказаться от свойств, которые мы делим с другими приматами. Теперь, когда мы знаем, что энергетическая стоимость мозга приматов высока для его объема в сравнении с неприматами, потому что в единице объема их мозга упаковано чрезвычайно большое число нейронов, и у меня появилось подозрение, что большие узконосые обезьяны стали аутсайдерами в отношении размера мозга, потому что просто не смогли позволить себе содержать большой мозг, соответствующий размеру их тел. Выдержать такую двойную нагрузку метаболизм живого существа не в состоянии.

Потребление калорий является ограничивающим фактором

Является ли животное жизнеспособным с точки зрения энергетического баланса, зависит от того, может ли оно потреблять достаточно калорий для удовлетворения потребностей тела и мозга. Мне захотелось проверить мою идею о том, что ограниченное количество доступных калорий вынудило крупных человекообразных обезьян пойти на сделку: увеличить массу тела в обмен на уменьшение массы головного мозга. На одну чашу математических весов я положила количество калорий, которое могут получить различные виды животных – для начала приматы – из своего суточного рациона, а на другую чашу число калорий, необходимое для поддержания различных комбинаций массы тела и числа нейронов. Мне хотелось выяснить, существует ли предел того, как много нейронов и при какой массе тела может позволить себе примат, и в чем заключается этот предел, потому что если станет ясно, что таким пределом окажется триллион нейронов при массе в несколько тонн, то такой предел, конечно, не имеет ни малейшего физиологического смысла.

Суточное потребление энергии организмом можно измерить или, по крайней мере, оценить в килокалориях по правилу Клейбера: 70 × (масса тела в кг)^0,75, как было сказано в главе 9. Поскольку мы знали массу тела ряда приматов, то могли легко оценить у них суточное потребление энергии. Что же касается вычисления суточного потребления энергии мозгом, то здесь мы располагали показателем 6 ккал в сутки на миллиард нейронов, который можно использовать для оценки энергетических потребностей мозга макака, бабуина и человека^[213], откуда мы предположили, что это правило можно распространить и на других приматов.