要闻:我们的大脑曾经萎缩过？带你看近20万年的大脑进化史

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原始david robson酷脑via:pixabay作者| david robson翻译|苞小茹校|酷脑原创&； 伊贤朗读|胡恩美工|雪今金|小注脑的成长在20万年前停止，在过去的1万5千年到1万年中大脑和身体的比例从3%减少了4% 我们傻了吗？ 三万年前，原始人进入了有南法的狭窄洞穴 他用牛灯闪烁的光芒走进洞穴尽头的墓地，在悬挂的岩石上用木炭勾勒出隐藏在女性裸体上的野牛头 1933年，毕加索创作了一幅惊人的相似名画，名为《牛头怪侵害少女》( minotaurassaulting girl )。 时隔三万年的两个艺术家如此心地有灵魂真是不可思议 但是从解剖学的角度来说，这种偶然有一定的合理性。 因为现代人的大脑和哪个岩画时代的原始人没有什么区别 这样神奇的大脑是怎么进化的？ 残酷的生存斗争又在这个过程中发挥了什么作用？ 大脑没有化石，这个问题不能解释太多 但是现代技术给了我们前所未有的机会，从初代神经细胞的出现到洞穴艺术和立体主义时代，大脑的进化过程终于可以复刻了。 via:pixabay在第一只动物出现之前，大脑的进化就在太古海静静地开始了 海洋中的单细胞浮游生物还没有大脑，但有感知环境变化并相应调整的能力 塞斯格兰特说:“今天的哺乳动物也是如此。 因为这是融入血的本能。 “如果细胞有相互感知、合作的能力，就会出现多细胞生物。 例如，海绵动物从体壁小口用泵输送海水中的食物进行过滤 一个细胞感知到谷氨酸和gaba等其他细胞释放的化学信号时，这些小口就会逐渐开始扩张和收缩，排出通道内的异物，防止堵塞 今天这些化学物质在人脑中也起着同样的作用 但是，在遥远的细胞中，化学通信太慢了 普通海绵类可能需要几分钟才能实现身体膨胀和体壁小口关闭 放入6个海绵类，细胞有比通过膜内外的离子输送产生电位差更迅速的方法 离子通道突然打开时膜电位急剧变化，相邻的其他离子通道也陆续开放，动作电位以每秒几米的速度传递到细胞表面 由于细胞之间有广泛的突触结合，工作电流迅速扩散到整个六放海绵体内，领细胞的鞭毛在几秒内全部停止运动，阻止从体壁小口到海水的泵作用 图源网络最近的研究表明，8亿5千万年前的单细胞生物襟鞭虫体内存在多个与电信号传递和化学传递物质释放相关的物质，它们是现代动物的始祖 从那以后，专职的新闻提示细胞开始出现 神经细胞进化出长轴突来长距离传输电信号 在细胞相互连接部(突触)，细胞以谷氨酸盐等神经传递物质的形式传递信号，但此时化学分子只需向狭窄的间隙扩散即可，信号传递效率大幅度提高 第一个神经元通过很多充满生物的复杂网络(神经网)连接起来，这和今天的水母和海葵很相似 之后，神经元开始成群，构成了更高级的中枢神经系统 除了传播作用，还可以解决和整合新闻，使动物以更多复杂的方式适应环境 其中分化度最高的是口器和原始眼睛周围的原始脑结构 对此还没有明确的定论 许多生物学家认为原始脑最初出现在蠕虫类生物体内，是脊椎动物、软件动物和昆虫的祖先 但不可思议的是，在那些后代(柱头虫等)的体内没有发现这样的结构 一种可能性是柱头虫的祖先最初进化了原始脑，但后来由于退化失去了这个结构，进化了对当时的生物来说不成熟的大脑，缺点比优点大 文昌鱼的解剖图脊椎动物的始祖文昌鱼也进化出了与大脑相似的中枢结构。 这种原始的鱼类是没有下巴的滤食动物 文昌鱼的大脑和脊髓边界不清楚，但特定的大脑区域已经承担着不同的功能:如后脑控制游泳运动，前脑参与视觉的形成 文昌鱼和脊椎动物的关系很微妙，两者之间的基本结构相似 大约5亿年前，动物的繁殖过程有点问题，整个基因组被复制了两次 这些变异产生了许多新的等位基因，为许多杂乱的大脑进化提供了砖石 从此，不同的大脑区域开始表达不同类型的神经递质，越来越多的创新行为层出不穷 早期的鱼类继续在海里寻找食物和伙伴，努力避开捕食者 于是大脑也进化了与之相适应的基本结构:视神经乳头是指导双眼追踪运动的物体扁桃体负责解决紧急情况的边缘系统与奖赏机制和记忆的形成相关联的基底神经节控制着身体的运动模式 三亿六千万年前，我们的祖先开始登上陆地，大约两亿年前，第一只哺乳动物诞生了。 大脑表面有一种叫新皮质的神经组织，因为哺乳动物的行为更多，复杂灵活 但是，新皮质进化的具体时间和方法依然是个未解之谜 图源网络表明，在与恐龙斗争的过程中，哺乳动物的大脑和身体比例一直增加到大脑完全充满颅腔 有研究人员使用ct技术扫描了两种吃昆虫的小型哺乳动物头部化石 结果证明，掌管哺乳动物嗅球和触觉的新皮质区域明显增大，对嗅觉和触觉的依赖性提高 早期哺乳动物通常在夜间活动，白天为了避免饥饿的恐龙而躲起来 大约6500万年前，恐龙灭绝后，幸存的哺乳动物进入了丛林。 他们是今天灵长类的祖先 为了更准确地捕捉森林昆虫，新皮质进化出更大的视觉区域，维持了良好的视力 和现代灵长类一样，他们可能也过着群居生活 解决多而复杂的交往关系需要高水平的大脑计算能力，猿类新皮质额叶区域的明显扩大可能与这一因素有关，但扩大的程度取决于动物群体的大小和个人之间的社会交流行为的频率。 除了自身面积的扩大，额叶和其他大脑区间的联系也越来越紧密，个别神经元也进化出了越来越多的树突和轴突。 这些变化赋予灵长类罕见的能力，更好地整合和解决外部新闻，基于某种精密的推理思维控制下一步的行动 然后，抽象的思考也产生了。 大脑解决了很多类似的新闻后，它被用来自己建立识别搜索模型，应对今后遇到的其他问题。 额叶的功能大约在1，400万年前，非洲猿人出现了 猿人非常聪明，但与猩猩和黑猩猩相比，大脑的结构似乎没有太大的变化 那么是什么使人类与众不同呢？ 离开丛林直立行走被认为关系到大脑的进一步增大 但是化石证据表明，即使原始人开始几百万年直立行走后，他们的大脑还是很小 人脑为什么在250万年前突然变大，这真的是偶然的吗？ 通常，动物的面肌对整个头骨施加很大的压力，限制生长 但是，偶然的基因突变削弱了额头的肌肉力量，从此，原始人的下颌开始变小，头骨和大脑开始变大 随着智商的提高，人类开始走上创新的道路，采取了一系列先进的生活习惯 200万年前，人类发明了捕获和宰杀动物的工具。 这对大脑的进化很重要。 因为多种肉类的摄取可以为神经系统的发育提供充分的营养 哈佛大学灵长类学家理查德·兰汉姆认为火种的发明也是同样的道理。 因为它可以提高从食物中吸收营养的效率 吃熟食可以缩短肠道，节约本来用来维持消化道生长的昂贵价格，向大脑供给有限的营养物质 研究表明文化的迅速发展和生物进化具有相互促进的作用 语言是正反馈的例子:原始人一开始说话，一系列自然选择就会加强这种能力，促进人类语言的飞速发展 这样的正反馈循环还涉及饮食、文化、技术、遗传、社会关系等多个方面，通过这些要素的共同作用，20万年前的非洲猿人终于进化出了与现代人结构极其相似的大脑 但是，进化永远不会停止 最近的研究表明，从非洲移动到北半球的人的视觉野越来越大，以适应那里的昏暗光线 那我们的大脑为什么没有继续变大呢？ 这可能是因为脑容量增大的特征逐渐明显，新生儿的头增大越来越危险 大脑的进化大脑的消耗能量极其巨大，其运行电力约为15瓦，供给能量的比例占全身器官整体的20% 和跑车的道理一样，车轮跑得越快，需要的燃料越多，所以大脑进一步增大的营养诉求也越来越高 提高大脑运行速度的一种方法是在单位时间内进化出越来越多的产生冲动的神经元 但是，如果神经元的传递速度增加到10倍，大脑的消耗能量就会超过100米冲刺选手跑的脚 相比之下，难怪游泳高手每天能消耗1万卡路里 大脑的成长在20万年前停止了，在过去的1万5千年到1万年间大脑和身体的比例从3%缩小了4% 但是，这不一定有参考价值。 结果，大脑容量大并不意味着更聪明，随着神经联系效率的增加，更小的大脑反而有可能发挥更好的效果。 但是，也有人认为脑萎缩是人类智力整体水平下降的表现 大卫·吉尔认为，许多复杂的社会一旦迅速发展，就不会像以前那样自然淘汰，而比较愚蠢的人在聪明的伙伴的帮助下可以继续生存。 另一项研究表明，人类越聪明，他们越倾向于生孩子 否则，比尔盖茨应该有500个孩子 年的研究表明，如果不考虑移民的影响，这样的进化效果会使美国人的平均智商下降0.8 但是，即使数据属实，越来越完整的医疗保险制度和教育系统也抵消了这一负面影响 一般来说，20世纪人类的智商有上升趋势 参考文献(点击幻灯片观看) [1] pearce e，dunbarr.latitudinalvariationinlightlevelsdriveshumanvisualsystemsize.[ j ].biology leters，8 me isenberg.thereproductionofintelligence [ j ].inteligence，38 (2):220-230.[3] leys g.electricalrecordingfromaglassponge [ 38 (7):29–30.[4] Rowe TB，macrini t e，Luo ZX.Fossilevidenceonoriginofthemammalianbrain [ j ].ence， 332(6032):955.[5]leonid l，Moroz.ontheindependentoriginsofcomplexbrainsandneurons.[ j ].Brain，behavior and evolution，2009 .。 d.ET AL.TheamPhioxusgenomeand The EVolution OFTHECHordate KaryotyPe [ j ].Nature，2008，45 (3):1064–1071 .酷脑长科学