พวกเราส่วนใหญ่จะรู้จักสมองของมนุษย์ แต่สมองของกบหรือปลาล่ะ? เมื่อพิจารณาจากความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตบนโลก จึงมีสมองที่แปลกประหลาดและมหัศจรรย์อยู่ที่นั่น อย่างไรก็ตาม แผนพื้นฐานของสมองส่วนใหญ่ของ สัตว์มี กระดูกสันหลัง (สัตว์ที่มีกระดูกสันหลัง) นั้นคล้ายคลึงกัน ซึ่งประกอบด้วยสามส่วนหลัก ได้แก่ สมองส่วนหน้า ส่วนกลาง และส่วนหลัง แต่ความแตกต่างของขนาดและรูปร่างระหว่างภูมิภาคเหล่านี้ (และอื่น ๆ ) เป็นสิ่งที่ทำให้การศึกษาสัตว์มีกระดูกสันหลังน่าสนใจมาก
งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในวันนี้โดยเพื่อนร่วมงานของฉันและฉันใน
Frontiers in Ecology and Evolution บ่งชี้ว่าบรรพบุรุษในยุคแรกสุดของเราบางคนซึ่งน่าจะยังก้าวเท้าแรกอยู่บนบก มีสมองที่มีเนื้อที่ในกระโหลกเพียงครึ่งเดียว
การเจริญเติบโตและการบำรุงรักษาเนื้อเยื่อสมองนั้นมีค่าใช้จ่ายสูงสำหรับสัตว์ ขนาดสัมพัทธ์ของส่วนต่าง ๆ ของสมองนั้นถูกชี้นำโดยแนวคิดที่เรียกว่า “หลักการของมวลที่เหมาะสม”
สิ่งนี้ระบุว่ายิ่งความรู้สึกหรือส่วนสมองมีความสำคัญต่อสัตว์มากเท่าไหร่ โอกาสที่ส่วนนั้นจะขยายใหญ่ขึ้นเมื่อเทียบกับส่วนอื่น ท้ายที่สุด มันไม่มีประโยชน์ที่จะใช้พลังงานจำนวนมากในการสร้างศูนย์ประมวลผลภาพหากคุณเป็นสัตว์ตาบอดและอาศัยอยู่ในถ้ำ
แม้ว่าการศึกษาสมองของสัตว์มีชีวิตจะตรงไปตรงมา แต่สิ่งนี้ซับซ้อนกว่ามากสำหรับสัตว์ที่สูญพันธุ์ไปแล้ว เมื่อสิ่งมีชีวิตกลายเป็นซากดึกดำบรรพ์ เนื้อเยื่ออ่อน (รวมถึงกล้ามเนื้อและสมอง) มักจะสลายตัวอย่างรวดเร็ว เหลือไว้แต่ส่วนที่แข็งของโครงกระดูกเท่านั้น
ซึ่งหมายความว่าผู้เชี่ยวชาญต้องศึกษาชิ้นส่วนภายในของกะโหลกศีรษะ (หรือ ” สมอง “) และช่องว่างภายใน ซึ่งเรียกว่า ” เอนโดคาสต์ ” บรรพชีวินวิทยาคือการศึกษา endocasts และฟอสซิลสมอง สาขานี้ก่อตั้งขึ้นเมื่อประมาณหนึ่งศตวรรษก่อนโดยนักบรรพชีวินวิทยาTilly Edinger
ในยุคแรก ๆ ของบรรพชีวินวิทยา นักวิทยาศาสตร์ต้องพึ่งพาการค้นพบกะโหลกที่แตกออกเป็นสองซีกโดยโชคดีเพื่อให้เห็นภายใน หรือพวกเขาต้องทำลายตัวอย่างเพื่อสร้าง endocast ทุกวันนี้ นักวิจัยสามารถใช้วิธีการสแกนขั้นสูงเพื่อสร้างเอนโดคาสต์แบบดิจิทัลโดยไม่ทำลายชิ้นงานทดสอบ
ปัจจุบัน ครึ่งหนึ่งของสิ่งมีชีวิตที่มีกระดูกสันหลังทั้งหมดสามารถ
จำแนกได้ว่าเป็น สัตว์ประเภทเตตระพอด ( tetrapods ) ซึ่งเป็นสัตว์ที่มีกระดูกสันหลังซึ่งมีแขนขาสี่ข้างที่มีตัวเลข (นิ้วมือและนิ้วเท้า) ซึ่งรวมถึงมนุษย์ กบ จระเข้ นกแก้ว จิงโจ้ และอื่นๆ อีกมากมาย
สัตว์ที่ก่อให้เกิดอาร์เรย์ขนาดใหญ่นี้เรียกว่า “stem tetrapods” สัตว์ร้ายที่กล้าหาญเหล่านี้ออกจากน้ำและขึ้นบกเป็นครั้งแรกเมื่อกว่า 360 ล้านปีที่แล้ว
สำหรับปลาที่จะเปลี่ยนไปเป็นสัตว์เตตระพอดที่อาศัยบนบกนั้นต้องการการเปลี่ยนแปลงหลายอย่างในร่างกายและสมองของพวกมัน ครีบเปิดทางให้แขนขา ส่วนเหงือกเปิดทางให้ปอดใช้หายใจ ยิ่งไปกว่านั้น ดินแดนบนพื้นดินยังนำเสนอสภาพแวดล้อมทางประสาทสัมผัสใหม่ทั้งหมดเพื่อนำทาง
เรามีเงื่อนงำบางอย่างที่รวบรวมได้จากชิ้นส่วนโครงกระดูก เช่น เบ้าตาที่ขยายใหญ่ขึ้นซึ่งสอดคล้องกับการเปลี่ยนจากปลาไปเป็นสัตว์สี่ขาบนบก งานวิจัยชิ้นหนึ่งเสนอว่าการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งและขนาดของดวงตาจะทำให้การมองเห็นในสัตว์เตตระพอดในยุคแรกๆ เพิ่มขึ้นล้านเท่า เมื่อเทียบกับญาติที่คาวของพวกมัน
ถ้าเป็นเช่นนั้น เราคาดว่าการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวจะสะท้อนให้เห็นในส่วนประมวลผลการมองเห็นของสมอง แต่เราจะทดสอบสิ่งนี้ได้อย่างไร
การตีความ endocasts โบราณ
สิ่งที่ยากที่สุดอย่างหนึ่งเกี่ยวกับการตีความเอนโดคาสต์คือสมองบางส่วนไม่ได้เติมเต็มพื้นที่เอนโดคาสต์อย่างเต็มที่ ในขณะที่นกและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมส่วนใหญ่มีสมองที่ใกล้เคียงกับรูปร่างของเอนโดคาสต์ แต่สัตว์อื่นๆ เช่น ปลา สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ และสัตว์เลื้อยคลานมักไม่มี
ในความเป็นจริง ปลาซีลาแคนท์มีชื่อเสียงในด้านการมีสมองที่เล็กมากซึ่งกินพื้นที่เพียง 1% ของเอนโดคาสต์
Latimeria ที่มีพื้นหลังสีดำ
ปลาซีลาแคนท์เป็นลำดับของปลาที่หายากซึ่งมีสองชนิดในสกุล Latimeria ชัตเตอร์
เพิ่มเติม: เราได้สแกนซีลาแคนท์ลูกพี่ลูกน้องที่สนิทที่สุดของเราเพื่อเรียนรู้ว่าสมองของมันเติบโตอย่างไร
ฉันได้ศึกษาความสัมพันธ์เชิงพื้นที่ระหว่างสมองและเอ็นโดคาสท์ในสัตว์ที่จัดอยู่ในประเภทที่เรียกว่าสเต็มเตตระพอด “ extant phylogenetic bracket ” เหล่านี้เป็นญาติที่ใกล้เคียงที่สุดของลำต้นเตตระพอดที่สูญพันธุ์ไปแล้วในต้นไม้วิวัฒนาการ
หมวดหมู่นี้รวมถึงปลาซีลาแคนท์ ปลาปอด และสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ เช่น กบ ซาลาแมนเดอร์ และเคซิเลียน
โดยใช้วิธีการสแกนที่เรียกว่าdiceCTเราสแกนหัวของสัตว์เหล่านี้และวัดสมองภายในเพื่อเปรียบเทียบขนาดและรูปร่างของสมองกับของเอ็นโดคาสต์
สมอง (สีชมพู) และเอนโดคาสต์ (สีเทา) ของสัตว์ในช่วงเปลี่ยนผ่านของปลา-เตตระพอด ผู้เขียนจัดให้
เอกสารหลายชุดที่ตีพิมพ์โดยตัวฉันเองและเพื่อนร่วมงานของฉันได้แสดงให้เห็นว่าปลาปอดมีสมองที่เติมเต็มส่วนendocast ของพวกมันซึ่งแตกต่าง จากปลาซีลาแคนท์ (เริ่มจากประมาณ 40% และอาจมากถึง 80%)
อย่างไรก็ตาม ในรายงานฉบับล่าสุดของเรา เราได้ตรวจสอบกบและสัตว์จำพวกนกเคซิเลียน และพบว่าพวกมันมีสมองที่โดยทั่วไปจะประกอบแน่นกว่าภายใน endocast ของพวกมัน
