Охота в саванноподобных ландшафтах могла подливать реактивное топливо в эволюцию мозга

Охота в саванноподобных ландшафтах могла подливать реактивное топливо в эволюцию мозга

Вы когда-нибудь задумывались, как наземные животные, такие как люди, эволюционировали, чтобы стать умнее своих водных предков? Вы можете поблагодарить землю, по которой вы идете.

Исследователи Северо-Западного университета недавно обнаружили, что сложные ландшафты, усеянные деревьями, кустами, валунами и холмами, могли помочь обитающим на суше животным развивать более высокий интеллект, чем их водные предки.

По сравнению с огромной пустотой открытой воды, земля изобилует препятствиями и окклюзиями. Предоставляя добыче места, где можно спрятаться, и хищникам прикрытие для скрытных атак, места обитания на земле, возможно, помогли создать стратегии планирования, а не те, которые основаны на привычках, для многих из этих животных.

Но исследователи обнаружили, что планирование не давало нашим предкам превосходства во всех ландшафтах. Моделирование исследователей показывает, что существует уровень барьеров Златовласки – не слишком мало и не слишком много – для восприятия хищника, в котором преимущество планирования действительно сияет. В простых ландшафтах, таких как открытый грунт или плотные ландшафты, такие как густые джунгли, не было никакого преимущества.

«У всех животных – на суше или в воде – было одинаковое количество времени для развития, так почему у наземных животных больше всего умов?» спросил Malcolm MacIver Northwestern, который руководил исследованием. «Наша работа показывает, что речь идет не только о том, что в голове, но и о том, что в окружающей среде».

И, нет, дельфины и киты не попадают в категорию менее умных морских существ. Оба наземных млекопитающих, которые недавно (эволюционно говоря) вернулись в воду.

Статья будет опубликована 16 июня в журнале Nature Communications .

Это последнее из серии исследований, проведенных Макивером, которые выдвигают теорию о том, как наземные животные развили способность планировать. В последующем исследовании, проводимом в настоящее время с Даном Домбеком, профессором нейробиологии в Северо-западном регионе, Макивер проверит прогнозы, полученные в результате этого вычислительного исследования, на эксперименты с маленькими животными в роботизированной реконфигурируемой среде.

Макивер является профессором биомедицинской и машиностроительной техники в Северо-западной школе Маккормика и профессором нейробиологии в Колледже искусств и наук Вайнберга. Угуркан Муган, доктор философии кандидат в лаборатории MacIver, является первым автором статьи.

Имитация выживания

В предыдущей работе Макивер показал, что, когда животные начали вторгаться в землю 385 миллионов лет назад, они получили способность видеть в сто раз дальше, чем они могли видеть в воде. Макивер выдвинул гипотезу о том, что для того, чтобы быть хищником или добычей в контексте способности видеть намного дальше, может потребоваться больше умственных способностей, чем охота в пустой, открытой воде. Тем не менее, моделирование суперкомпьютера для нового исследования (35 лет вычислений на одном ПК) показало, что, хотя для планирования преимуществ необходимо видеть дальше, этого недостаточно. Вместо этого, только сочетание дальнего видения и ландшафта с сочетанием открытых площадок и более густо растительных зон привело к явной победе в планировании.

«Мы предположили, что перемещение на сушу вылило топливо для реактивных двигателей на развитие мозга, так как это могло бы дать преимущество самой сложной когнитивной операции: Предвидеть будущее», – сказал Макивер. «Это может объяснить, почему мы можем пойти на морепродукты, но морепродукты не могут пойти на нас».

Чтобы проверить эту гипотезу, MacIver и его команда разработали компьютерное моделирование, чтобы проверить выживаемость добычи, на которую охотник активно охотится при двух разных стратегиях принятия решений: на основе привычки (автоматическая, например, ввод пароля, который вы запомнили) и основанный на плане (представляя несколько сценариев и выбирая лучший). Команда создала простой, открытый мир без визуальных барьеров для моделирования водного мира. Затем они добавили объекты различной плотности для имитации земли.

Выживание самых умных

«При определении сложного познания мы делали различие между действиями на основе привычек и планированием», – сказал Макивер. «Важным в привычке является то, что она негибкая и не зависит от результатов. Вот почему вы продолжаете вводить старый пароль некоторое время после его изменения. При планировании вы должны представить себе другое будущее и выбрать наилучший потенциальный результат».

В простых водных и наземных средах, рассмотренных в исследовании, коэффициент выживаемости был низким как для жертв, которые использовали действия, основанные на привычках, так и для тех, которые имели возможность планировать. То же самое относится и к сильно упакованным средам, таким как коралловые рифы и густые тропические леса.

«В этих простых открытых или насыщенных средах планирование не приносит пользы», – сказал Макивер. «В открытых водных средах вам просто нужно бежать в противоположном направлении и надеяться на лучшее. В условиях сильной среды есть только несколько путей, и вы не можете выработать стратегию, потому что не можете Увидеть далеко. В этих условиях мы обнаружили, что планирование не увеличивает ваши шансы на выживание “.

Златовласка пейзаж

Однако, когда участки растительности и рельефа чередуются с широкими открытыми участками, похожими на саванну, моделирование показало, что планирование приводит к огромной отдаче от выживания по сравнению с движениями на основе привычек. Поскольку планирование увеличивает шансы на выживание, эволюция выбрала бы схему мозга, которая позволяла животным представлять будущие сценарии, оценивать их и затем воплощать в жизнь.

«В неоднозначных ландшафтах наблюдается взаимодействие прозрачных и непрозрачных областей пространства и дальнего видения, что означает, что ваше движение может скрыть или показать ваше присутствие противнику», – сказал Макивер. «Терра фирма становится шахматной доской. С каждым движением у вас есть шанс развернуть стратегию.

«Интересно, – заметил он, – когда мы оторвались от жизни на деревьях с шимпанзе почти семь миллионов лет назад и быстро увеличили размер мозга в четыре раза, палеоэкологические исследования указывают на то, что мы вторглись в пятнистые ландшафты, похожие на те, которые мы выделяем в наших исследованиях, что дает самая большая награда за стратегическое мышление “.

Исследование «Пространственное планирование с дальним зрительным диапазоном помогает избежать зрительных хищников в сложных естественных условиях», было поддержано мозговой инициативой Национального научного фонда (номер награды ECCS-1835389).


Источник истории:

Материалы предоставлены Северо-Западным университетом . Оригинал, написанный Амандой Моррис. Примечание: содержание может быть отредактировано по стилю и длине.


Связанные мультимедиа :


Ссылка на журнал :

  1. Угуркан Муган, Малкольм А. Макивер. Пространственное планирование с большим зрительным диапазоном позволяет избежать зрительных хищников в сложных естественных условиях . Nature Communications , 2020; 11 (1) DOI: 10.1038 / s41467-020-16102-1