Dlaczego Homo sapiens ma tak duży mózg? W końcu większość zwierząt daje sobie świetnie radę prawie bez mózgu.

Na to pytanie, które jest jednym ze Świętych Graali biologii człowieka, odpowiadają w najnowszym wydaniu tygodnika "Nature" naukowcy z Uniwersytetu św. Andrzeja w Wielkiej Brytanii.

W ważącym blisko 1,3 kg galaretowatym narządzie, który niczym marszałek dowodzi kilkudziesięciokilogramowym organizmem składającym się z licznych narządów i tkanek zbudowanych z ok. 30 bln komórek (własnych, bo jeszcze więcej mamy komórek mikroorganizmów, które tworzą nasz mikrobiom i też wpływają na nasze zachowanie), buzuje od aktywności elektrycznej i chemicznej aż 86 mld neuronów. Są one wspierane przez taką samą liczbę innych komórek - m.in. glejowych i krwionośnych - bez których komórki nerwowe nie mogłyby funkcjonować. Mózg non stop odbiera sygnały z otoczenia i wysyła rozkazy do wszystkich zakamarków ludzkiego organizmu.

Dlatego jego praca słono kosztuje. Narząd, który stanowi ledwie 2 proc. masy całego ciała, pożera ok. 27 proc. energii, którą dostarczamy naszemu ciału.

Człowiek tak ceni swój mózg, że dla jego rozwoju jest w stanie spowolnić rozwój reszty organizmu. Noworodki innych gatunków szybko stają na nogi i są w stanie samodzielnie podążać za stadem. Ludzkie dziecko rodzi się przedwcześnie, niedorozwinięte. Jego głowa jest nieproporcjonalnie większa od reszty ciała. A i tak jest mała, bo gdyby człowiek czekał, aż głowa i mózg urosną mu do końca, to nigdy nie przecisnąłby się przez drogi rodne matki.

Znacie ten okres z życia kilkuletniego dziecka, kiedy wydaje się, że właściwie nie rośnie? To tylko złudzenie. Bo jego organizm kieruje większość energii na rozwój mózgu. A ten przestaje rosnąć dopiero wtedy, kiedy dziecko ma ok. 10 lat. Co nie znaczy, oczywiście, że jego mózg jest już wtedy dojrzały. Ten proces kończy się mniej więcej w wieku 25 lat (a nauka - nigdy). Od tego wieku dajemy sobie radę samodzielnie.

W porównaniu z naszymi najbliższymi kuzynami w królestwie zwierząt nasz mózg jest gigantem. Szympans tylko trochę ustępuje nam masą ciała (chodzi, rzecz jasna, o ludzką średnią, a nie o ekstremalne przypadki nadwagi i otyłości), ale jego mózg jest trzykrotnie mniejszy od naszego.

Skąd ta dysproporcja? Biolodzy człowieka, którzy rozwiązywali tę zagadkę, docierali do dylematu typu "jajko czy kura?" (swoją drogą pozornego, bo oczywiste jest, że jajko istniało długo przed kurą - w końcu już ryby były jajorodne). Wahali się pomiędzy hipotezą, że na szalony rozwój ludzkiego mózgu wpłynęła coraz bardziej skomplikowana kultura i interakcje społeczne pomiędzy osobnikami żyjącymi w złożonej wspólnocie (cała ta polityka rządząca naszymi wirtualnymi światami), a hipotezą stawiającą na wpływ środowiska.

Co z ekologicznego punktu widzenia mogło być przełomem, który pozwolił nam tak przeskoczyć naszych małpich kuzynów?

Niektórzy antropolodzy wskazują na dietę. Kiedy nasi dalecy przodkowie zaczęli jeść mięso i opanowali ogień, zyskali znakomite źródło kalorii. Pokarm obrobiony termicznie jest dużo lepiej przyswajalny niż ten surowy - a więc możemy z niego zaczerpnąć więcej energii.

Badania porównawcze pomiędzy ludźmi, którzy jedli ugotowane i upieczone potrawy, a tymi, którzy spożywali pokarm surowy, pokazały, że aż połowa kobiet z drugiej grupy przestawała owulować. Innymi słowy - brakowało im energii do normalnego funkcjonowania.

Jakkolwiek przekonująco brzmią obie hipotezy, naukowcy mają problem z odróżnieniem przyczyn od rezultatów. Czy ludzki mózg tak się rozrósł, bo ludzie zaczęli politykować jak szaleni? Czy może ludzie zaczęli politykować jak szaleni, ponieważ urosły im mózgi? Czy mózgi naszych przodków urosły, bo zaczęli oni jeść mięso i pokarm poddany obróbce cieplnej? Czy też może to wzrost mózgu pozwolił im na opanowanie ognia, rozwój kultury i polowanie na naprawdę grubego zwierza?

Jak więc doszło do tego, że przez kilka milionów lat ewolucji dzielących nas od czasów australopiteków ludzki mózg urósł aż trzykrotnie? I dlaczego, pytają autorzy publikacji w "Nature", jest dziś blisko sześciokrotnie większy, niż "przysługiwałby" ssakowi naszych rozmiarów?

Naukowcy z Wielkiej Brytanii, którzy odpowiadali na te pytania, podeszli do problemu matematycznie. Stworzyli model statystyczny, za pomocą którego różnym bodźcom przyporządkowali procentowy udział w rozroście ludzkiego mózgu.

Ich zdaniem największy udział w kształtowaniu mózgu - a więc i inteligencji naszego gatunku - miały czynniki ekologiczne, a więc niespołeczna presja środowiska, np. dostęp do pożywienia. Badacze przypisują im aż 60 proc. odpowiedzialności za wzrost ludzkiego mózgu.

Na drugim miejscu tego specyficznego podium znalazła się... współpraca. Umiejętność organizacji coraz większych wspólnot (funkcjonowanie małych wspólnot jest możliwe na gruncie czysto biologicznym, ale organizacja dużych wiosek, miast i państw nie byłaby możliwa bez rozwoju kulturowego) ma - według uczonych - 30 proc. zasług w rozwoju mózgu Homo sapiens.

Ostatnie 10 proc. naukowcy przypisali konkurencji występującej pomiędzy różnymi ludzkimi wspólnotami. Co ciekawe, ich zdaniem współzawodnictwo (o zasoby, partnerów seksualnych) pomiędzy pojedynczymi osobnikami miało na rozwój ludzkiego mózgu wpływ pomijalny.

Z publikacji brytyjskich uczonych wynika więc, że cała złożoność życia społecznego, którą obecnie obserwujemy wśród 7,5 mld ludzi żyjących w blisko 200 państwach i tysiącach mniejszych wspólnot, jest wtórna. Rozwój społeczny był bardziej efektem niż przyczyną wzrostu mózgu człowieka współczesnego.

Ta koncepcja świetnie pasuje do darwinowskiej ewolucji. Niektóre ze spontanicznie pojawiających się cech są promowane przez dobór seksualny, bo ich nosiciele lepiej funkcjonują w swoim środowisku.

Duży, inteligentny mózg popłaca. Przynajmniej u ludzi. Ale dlaczego nie popłacał u innych gatunków? Na to pytanie autorzy publikacji nie odpowiadają.

Prof. Bogusław Pawłowski, kierownik Katedry Biologii Człowieka na Uniwersytecie Wrocławskim

Wygenerowany przez autorów model uwzględniający dane metaboliczne i teorię historii życiowej dla człowieka współczesnego nie ma według mnie wystarczającej mocy, aby w tak szczegółowy sposób - jak chcą tego autorzy - wyjaśnić specyficzny dla naszej linii ewolucyjnej proces wzrostu mózgowia.

Po pierwsze, złożoność i duża plastyczność interakcji społecznych, jaka pojawiła się w ewolucji człowieka, a związana była m.in. z bardzo precyzyjną językową formą komunikacji, to nie tylko kwestia kooperacji i rywalizacji (zarówno wewnątrz grupy, jak i między grupami), które przecież bywają też bardzo intensywne u innych społecznych gatunków.

Po drugie, dlaczego ten model miałby działać tylko w naszej ewolucji? Autorzy co prawda wskazują pewne przyczyny, np. szybki wzrost zdolności pozyskiwania energii już w dzieciństwie (o tym, że tak nie jest, świadczy zresztą konieczność bardzo długiego okresu opieki nad dziećmi u człowieka), ale nie są one przekonujące. To bardzo ważna kwestia, bo trudno wyjaśnić specyfikę procesu encefalizacji w ewolucji człowieka, nie odnosząc się do innych unikatowych cech tej linii ewolucyjnej.

Po trzecie, skoro to warunki ekologiczne i związana z nimi kumulacja zdobyczy kulturowych są tak fundamentalne dla wzrostu mózgowia (i jego powiązania z wielkością ciała), to dlaczego Homo erectus miał taką samą wielkość ciała jak Homo sapiens, ale o wiele mniejszy mózg? Czyżby miał mniej wyzwań ekologicznych niż wczesny afrykański Homo sapiens? To zastrzeżenie jest o tyle ważne, że autorzy modelu postulują, iż powodem wzrostu wielkości ciała w naszej ewolucji były wymagania metaboliczne (wysokie koszty energetyczne) dużego mózgowia.

Po czwarte, skąd brak wzrostu wielkości mózgowia u Homo sapiens, przed którym pojawiły się duże wyzwania ekologiczne, gdy wyemigrował do surowszych niż afrykańskie warunków klimatycznych czy ekologicznych?

Oczywiście wiele zależności między wielkością mózgowia a innymi cechami gatunkowymi, o których piszą autorzy, jest prawdziwych. Tyle tylko, że o wielu z nich wiedziano już wcześniej i nie dało się ich łatwo przekuć w wyjaśnienie wzrostu mózgowia w ewolucji człowieka, choć na ich kanwie powstało kilka cennych hipotez, o których wspominają też autorzy.

Dobrze natomiast, że podkreślają oni problem wysokich kosztów mózgowia. W tym kontekście znaczenie mogły mieć w istocie zdolności pozyskiwania energii i warunki ekologiczne. Na przykład w mojej koncepcji kosztów dużego mózgowia, które związane są też z utratą ciepła przez dużą powierzchnię głowy u ludzkich niemowląt, raczej mało prawdopodobne jest wyewoluowanie dużego względnego mózgowia (w stosunku do masy ciała) w zimnych strefach klimatycznych.

Niekoniecznie jednak wzrost mózgowia wymagał dużo skuteczniejszych metod pozyskiwania zasobów i energii w postaci pokarmu. Wiadomo bowiem, że człowiek nie ma wyższego podstawowego tempa przemiany materii niż inne bliskie mu ssaki, co tłumaczy hipoteza "kosztownej tkanki" (to krótsze jelita pozwoliły zaoszczędzić energię na większy mózg).

Niewątpliwie czynniki ekologiczne miały znaczenie jako presja na wzrost zdolności kognitywnych i wzrost mózgowia, i to nie tylko w ewolucji człowieka. Wątpię jednak, że da się to procentowo zmierzyć tak dokładnie, jak w modelu autorów tego artykułu. Uważam, że głównym ewolucyjnym powodem, dla którego masa naszego mózgowia jest dużo większa niż mózgowia naszych bliskich krewnych szympansów, nie były czynniki ekologiczne.

Co to znaczy być inteligentnym?

Inteligencję analityczną, która jest wyznacznikiem naszych zdolności poznawczych, mierzy się w testach na tzw. iloraz inteligencji (IQ). Populacyjna średnia zawsze wynosi w nich 100, tylko niewielki procent ludzi znacznie od niej odbiega. Badania wskazują, że od początku XX w. rośnie średni poziom IQ całych społeczeństw kultury zachodniej (to tzw. efekt Flynna). - Dlatego testy na inteligencję stają się coraz bardziej skomplikowane. Gdybyśmy ich nie poprawiali i ciągle rozwiązywali te sprzed stulecia, średnie IQ na początku XXI w. wyniosłoby 130 - tłumaczyła niedawno "Wyborczej" dr Kaja Nordengen, neurolożka z Uniwersytetu w Oslo, autorka książki "Mózg rządzi". - Wydaje się więc, że iloraz inteligencji zależy nie tylko od biologii, że kultura może poprawić naszą umiejętność abstrakcyjnego myślenia.

Jak jednak inteligencja wygląda na poziomie anatomicznym? Czym mózg osoby z wysokim IQ różni się od mózgu osoby przeciętnie inteligentnej?

Jak mówiła dr Nordengen, osoby bardziej inteligentne mają odrobinę większe mózgi (choć np. Albert Einstein miał mniejszy od normy). W niektórych badaniach wykazano też, że u bardziej inteligentnych osób nad rozwiązaniem problemów pracują mniejsze obszary mózgu, w których sieć neuronowa jest gęstsza, jest tam więcej synaps, a więc i połączeń. W takiej skoncentrowanej sieci impulsy nerwowe mają biec szybciej niż w rozproszonej.

Jednak wyniki badań przeprowadzonych przez uczonych z Niemiec i USA, które przed tygodniem opublikowało czasopismo "Nature Communications", pokazują zupełnie odwrotną zależność. Po przebadaniu kilkuset osób (które m.in. pisały testy na IQ) naukowcy dowodzą, że ludzie inteligentni mają... mniej połączeń pomiędzy neuronami w korze czołowej, czyli części mózgu odpowiadającej za logiczne myślenie. Wyniki ich badań wskazują na to, że mimo mniejszej aktywności nerwowej wymiana informacji pomiędzy neuronami osób inteligentnych jest wydajniejsza.