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海天居士博客

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海豚或是地球上最聪明动物 基因与人类相似  

2012-08-06 09:12:31|  分类: 宇宙探索 |  标签: |举报 |字号 订阅

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核心提示:最近于英国《皇家学会学报·生物学专刊》上公布的一项新研究披露,海豚与人类的基因具有惊人的相似性,它们和人类等脑体积较大的物种都拥有一些可以促使个体趋同进化并产生复杂认知能力的遗传基因。

如果说人类是地球最聪明的物种,那么哪个物种可以排在第二?是猩猩还是猿猴?科学家的最新研究却认为可能是可爱的海豚。最近于英国《皇家学会学报·生物学专刊》上公布的一项新研究披露,海豚与人类的基因具有惊人的相似性,它们和人类等脑体积较大的物种都拥有一些可以促使个体趋同进化并产生复杂认知能力的遗传基因。主要研究者Michael McGowen表示:“海豚的大脑是异常独特和聪明的。”究竟海豚的大脑有多复杂?它们有哪些“小聪明”是我们不知道的?为此,我们特邀中山大学生命科学学院动物分子进化研究方向的张鹏教授,解读关于海豚的最新研究。

海豚的大脑从外形上来看,很像人类的大脑,二者在大小、质感方面有很多相似之处。然而,海豚和人类的大脑工作方式并不相同。海豚的大脑分为两部分,这两部分大脑都有独立的供血系统,而且不会同时休息。当海豚休息时,一半大脑完全停止工作,而另一半则保持警觉,处理着各种生理功能。海豚的两只眼睛也分别属于两边不同大脑,当某一边的大脑处于睡眠状态时,也可以提防敌人偷偷地接近它。

海豚的智慧 在动物界数一数二

具有“自我意识”

张鹏教授介绍,海豚具有“自我意识”。为了证明动物是否具有“自我意识”,科学家们曾设计了一个“标志测试”法。具体做法是:用一种涂料涂抹在接受试验的动物身上,然后让其照镜子。如果在看到镜子里的形象后有意审视自己身上留有的颜色标志,就被认定为表现出了“自我意识”。大部分接受“标志测试”的动物对镜子里的自身形象置之不理,或误把它当作另一同类而与之搏斗(如公鸡),只有黑猩猩、大猩猩等高级灵长类动物才会利用镜子来检查自己的身体。而在非灵长类动物中,仅有海豚与大象会通过镜子察看自己身体上的染色标志,显示出有“自我意识”的迹象。

能使用“名字”称呼

在人群中,只有当你准确地喊出具体某个人的名字,才能达到精准识辨和交流的目的。而海豚除了会用撞击声、滴滴答答的声音、跃出水面、用鳍拍打水面等方式来完成交流,也懂得使用“名字”呼喊对方,目的同样是为了方便识辨和交流。

“研究发现,每只海豚都有其独特的发音信号特征,在与其他海豚保持联系时,使用的始终是这一独特信号。值得注意的是,在混沌水域或长途漫游时,一只海豚还会模仿另一只海豚的独特信号,通过类似人类名字的独特叫声来保持相互之间的联系。”张鹏教授说,“此外,科学研究也已证实,猴子和猩猩在发现食物后也会用特殊的叫声向其同伴通风报信,只是其叫声不像海豚那样多样化而且多变而已。”

他表示,海豚识别和模拟叫声,是向语言过渡的重要一步。原始人类在掌握语言之前也经历这一阶段。迄今为止,海豚是人类以外唯一被发现具有这种能力的动物。

海豚拥有大容量的聪明大脑

Michael McGowen是美国密歇根州底特律韦恩州立大学医学院的研究员,他的主攻方向是分子医学和演化。他和两个校友做了一个实验:将海豚的蛋白编码基因与其他九种动物(分别是牛、马、狗、老鼠、人类、大象、负鼠、鸭嘴兽和鸡)作对比,得出的结果发现,牛在基因上与海豚最相似,然而这两种动物在历史上出现的时间相差了七千万年。而人类和大象、海豚的相似之处也相继被发现,他们都有一个共同特点:拥有一个聪明的、大容量的大脑。科学家们相信,这三种生物都有一个较慢的分子进化速率。Michael McGowen解释,通常猿类、大象和鲸目动物拥有此特征,而这种特征通常表现于哺乳动物,与其产生的历史、种群的大小有关。

此外,科学家们还发现,在大脑发达的动物(如猿类、海豚)的基因组中,许多与能量代谢相关的基因都“加速进化”了,这就引出了一个类似“先有鸡还是先有蛋”的问题——到底是因为快速代谢基因的产生从而促使大脑进化,还是因为大脑进化促进了代谢基因的进化?

张鹏教授认为,后者的可能性更大,因为神经细胞比其他细胞需要更多的能量才能正常工作,因而较大的大脑需要更有效率的能量代谢系统,由此可以猜测,是大脑的进化促进了新陈代谢相关基因的进化。有趣的是,科学家们发现,灵长类动物、鲸目动物和大象谱系内的动物,其代谢相关基因发生了同样的改变,从而为大脑提供了可靠的能量保证。

两大疑问

脑容量大是否海豚聪明的原因?

最新的研究发现,那些聪明的动物的神经系统基因都曾经历了快速的适应性进化过程,这说明了神经细胞的重要性,换句话说,其大脑机制的好坏并不在于大脑的大小。

张鹏教授也认为,动物的绝对脑容量不与其智力水平直接相关,而相对脑容量(脑重/体重)才与智力水平直接相关。“大西洋瓶鼻海豚的体重约为250千克,而脑部重量约为1500克,这个值和人类成年男性的脑重1400克相近。其脑重和体重的比值约为1/150,该值虽远低于人类的1/50,但却超过大猩猩(1/250)、猴类(1/300)等灵长类动物。”至于大脑半球上由脑沟所形成的皱褶,大西洋瓶鼻海豚甚至比人类的还多,而且更为复杂,其大脑皮质表面积为2500平方厘米,是人类的1.5倍。另外,海豚脑部神经细胞的密度与人类或黑猩猩的几乎没有差别。换句话说,海豚脑部神经细胞的数目比人类和黑猩猩的还要多。“因此,无论是从脑重量和体重的比值,还是从大脑皮质的皱褶数目来看,大西洋瓶鼻海豚脑部的记忆容量或是信息处理能力,均与灵长类动物不相上下。”

睡眠基因是否与人类相似?

科学家们除了发现海豚拥有与人类相同的、与认知能力的程度有联系的智力基因之外,还发现海豚拥有另一种与人类“共享”的基因——与睡眠调节相关的DBI基因,它是用来调节清醒和疲倦的。

研究者发现,海豚的睡眠方式很特别:它们一半的大脑休息,另一半仍能照常感知周围的情况。这两部分大脑约2~3分钟便交替着休息,在夜间,休息的间隔约为7~8分钟。

张鹏教授认为,海豚的DBI基因进行了快速进化,这一发现很有可能为未来研究海豚的特殊睡眠方式提供线索。但睡眠的调节是一个非常复杂的过程,单个基因控制这一机制的可能性较小,DBI基因可能只是参与这一过程的基因之一。

“海豚的这种睡眠能力恐怕是人类所不能实现的,因为人的两个大脑半球掌管的功能有所不同,左半球主要是逻辑思维,右半球主要是感性思维,因而让任何一边单独工作都会影响我们的生活,所以还是让我们的两个大脑半球一起工作一起休息吧。”他说。

海豚与高级灵长类动物

在大脑进化上殊途同归

对于海豚的这些最新发现,研究者Michael McGowen表示非常兴奋,因为他们“找到了这个控制不寻常习性的基因”。他们认为这些发现更加有利于证明“海豚是第二聪明的动物”这种说法。而埃默里大学的神经科学与行为生物学高级讲师Lori Marino也认为,“如果用头脑的大小作为衡量智力的标准,那么海豚的确可以成为除人类之外第二聪明的动物。”

张鹏教授表示,研究者们已经发现海豚与高级灵长类动物相似,其基因组中与神经发育相关的基因群都有着较为快速的进化过程,这些相关基因在不同的物种中各不相同,但很多都参与了神经突触可塑性的过程中。“神经突触的可塑性越高,神经网络就越有可能产生意识与智力。从进化分类角度,海豚所属的鲸豚目与人类所属的灵长目非常不同,它们在九千万年前就已经分开进化了,但从最新的研究中可以看到,海豚与高级灵长类动物在大脑进化上是殊途同归,都是通过发展神经突触可塑性基因来进行更复杂的神经活动,进而产生心智活动能力。”

(本文来源:大洋网-广州日报) 责任编辑:NN017
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