Mózg nie służy do myślenia. Lisa Feldman-Barrett
mówi się o tym, że w momencie wydania Rajskich smoków specjaliści zajmujący się ewolucją mózgu dysponowali już mocnymi dowodami na to, że teza o jego trójdzielności jest błędna: dowodami, których nie dało się zobaczyć gołym okiem, kryjącymi się w budowie molekularnej komórek mózgu zwanych neuronami. Do lat 90. ubiegłego wieku badacze całkowicie odrzucili już hipotezę o trzywarstwowym mózgu – w konfrontacji z wynikami analizy neuronów za pomocą bardziej wyrafinowanych narzędzi po prostu nie mogła się ona utrzymać.
W czasach MacLeana naukowcy porównywali mózgi zwierząt w taki sposób, że najpierw cięli je na cienkie jak papier plasterki przypominające luksusową wędlinę, potem je barwili, a następnie zerkali na te kolorowe talarki pod mikroskopem. Współcześni badacze ewolucji mózgu nadal to robią, ale korzystają także z nowszych instrumentów, które pozwalają im zajrzeć do wnętrza neuronów i przypatrzeć się zlokalizowanym w nich genom. Odkryli dzięki temu, że neurony dwóch gatunków zwierząt mogą się od siebie bardzo różnić z wyglądu, ale wciąż zawierać te same geny, co wskazuje na to samo ewolucyjne pochodzenie. Jeśli na przykład natkniemy się na te same geny w pewnych neuronach człowieka i szczura, przypuszczalne podobne neurony z tymi genami były obecne również u naszego ostatniego wspólnego przodka12.
Korzystając z tych metod, naukowcy przekonali się, że ewolucja mózgu nie przypomina formowania się skał osadowych: nie dodaje anatomii tego narządu nowych warstw. Niemniej jednak nasz mózg różni się od mózgu szczura: skąd więc – jeśli nie za sprawą dodawania nowych warstw – wzięła się ta różnica?
Okazuje się, że w miarę jak mózgi rosną w procesie ewolucji, ich struktura ulega reorganizacji13.
Wytłumaczę to na przykładzie. Nasz mózg ma cztery grupy neuronów – zwanych obszarami mózgu – które pozwalają nam wyczuwać ruchy ciała i odpowiadają za zmysł dotyku. Wszystkie razem tworzą tak zwaną pierwszorzędową korę czuciową. U szczurów jednak na pierwszorzędową korę czuciową wykonującą te same zadania składa się tylko jeden obszar mózgu. Gdybyśmy po prostu porównali ludzkie i szczurze mózgi na oko, jak MacLean, moglibyśmy dojść do wniosku, że szczurom brakuje trzech rejonów somatosensorycznych obecnych u człowieka. To z kolei mogłoby prowadzić do konkluzji, że te trzy struktury są nowym ewolucyjnym nabytkiem i muszą służyć do wypełniania charakterystycznych tylko dla człowieka funkcji.
Okazało się jednak, że wiele genów występujących w każdym z naszych czterech obszarów czuciowych można znaleźć w pojedynczym obszarze szczurzym. Ta naukowa ciekawostka mówi nam coś o ewolucji: mianowicie mózg ostatniego wspólnego przodka ludzi i gryzoni, żyjącego około 66 milionów lat temu, przypuszczalnie miał jeden obszar czuciowy odpowiedzialny za te same zadania, które dziś wykonujemy za pomocą czterech różnych struktur. Gdy nasi antenaci wykształcali większe mózgi i ciała, ten pojedynczy rejon najprawdopodobniej również się rozrósł i podzielił, by lepiej wypełniać swoje obowiązki. Tego typu przetasowania obszarów mózgu – dzielenie się i ponowne łączenie14 – umożliwiają stworzenie bardziej złożonych struktur, które są w stanie zarządzać większym i bardziej skomplikowanym ciałem.
Porównywanie mózgów różnych gatunków może okazać się pełne pułapek, bo ścieżki, którymi podąża ewolucja, są kręte i nieprzewidywalne. Nie wszystko jest takie, jakie się wydaje na pierwszy rzut oka. Fragmenty, które oceniane gołym okiem całkiem się od siebie różnią, mog być podobne genetycznie, a elementy odmienne pod względem genetycznym mogą na oko wyglądać bardzo podobnie. W dodatku nawet jeśli w mózgach dwóch różnych zwierząt odnajdziemy te same geny, wcale nie muszą one spełniać tych samych funkcji.
Dzięki najnowszym badaniom z zakresu genetyki molekularnej wiemy już, że gady i ssaki mają te same typy neuronów co ludzie15 – również te, które tworzą osławioną korę nową. Ewolucja nie dodała do gadziego mózgu nowych części odpowiedzialnych za emocje i rozsądek, żeby stworzyć mózg ludzki. Stało się coś znacznie bardziej interesującego.
Oglądane gołym okiem mózgi różnych zwierząt bardzo się od siebie różnią
Niedawno naukowcy odkryli, że mózgi wszystkich ssaków są zbudowane według tego samego planu16 – w dodatku mózgi gadów i innych kręgowców też się na nim wzorują. Wielu ludzi, w tym wielu neuronaukowców, nie wie o tych pracach, a ci, którzy wiedzą, dopiero zaczynają liczyć się z ich konsekwencjami.
Realizacja wspólnego planu kształtowania się mózgu rozpoczyna się wkrótce po zapłodnieniu, już od chwili gdy w embrionie zaczynają wykształcać się neurony. Te składające się na ssaczy mózg komórki są tworzone w zadziwiająco przewidywalnej kolejności. Porządek ten zostaje zachowany u myszy, szczurów, psów, koni, mrówkojadów, ludzi i wszystkich innych dotychczas zbadanych ssaków – dowody genetyczne wyraźnie wskazują zaś, że utrzymuje się on także u gadów, ptaków i niektórych ryb. Tak, zgodnie z naszą najlepszą wiedzą naukową ludzki mózg powstaje na podstawie tego samego projektu co mózg krwiopijnego minoga.
Skoro mózgi tak wielu kręgowców rozwijają się według tego samego scenariusza, dlaczego aż tak się różnią? Ponieważ proces tworzenia mózgu zachodzi etapami, a każdy z poszczególnych etapów u każdego z gatunków ma różną długość trwania. Biologiczne cegiełki są takie same, różni się chronometraż. Dla przykładu etap, podczas którego wykształcają się neurony kory mózgowej u ludzi, u gryzoni trwa stosunkowo krótko, u jaszczurek zaś jeszcze krócej – dlatego nasza kora mózgowa jest duża, myszy mniejsza, a iguany maleńka (jeśli w ogóle ją ma – dyskusje na ten temat wciąż trwają). Gdybyśmy byli w stanie w magiczny sposób sięgnąć do embrionu jaszczurki i sprawić, by ten etap trwał tyle, ile trwa u ludzi, powstałoby coś na kształt ludzkiej kory mózgowej (choć funkcjonowałaby ona inaczej – rozmiar to nie wszystko, nawet w przypadku mózgu).
Ludzki mózg nie ma więc żadnych nowych części17. Składające się na niego neurony można znaleźć w mózgach innych ssaków i prawdopodobnie również innych kręgowców. Odkrycie to podkopuje ewolucyjne podstawy opowieści o trójdzielnym mózgu.
A co z drugą częścią historii, tą o nadzwyczaj rozbudowanej korze, która czyni nas najbardziej racjonalnymi ze zwierząt? Cóż, prawdą jest, że nasza kora mózgowa jest spora i rozrosła się w czasie ewolucji, a także – jak zobaczymy w kolejnych lekcjach – że pozwala nam robić pewne rzeczy nieco lepiej, niż robią to inne stworzenia. Najważniejsze jest jednak to, czy jeśli weźmiemy pod uwagę proporcje całego mózgu, ludzka kora mózgowa okaże się rzeczywiście – relatywnie – większa. Z naukowego punktu widzenia sensowniej byłoby zapytać więc, czy w stosunku do wielkości całego naszego mózgu kora jest faktycznie szczególnie duża.
Żeby zrozumieć, dlaczego tak postawione pytanie jest odpowiedniejsze, posłużmy się analogią. Pomyślmy przez chwilę o kuchniach, które mieliśmy okazję oglądać w domach różnych ludzi. Niektóre z nich były olbrzymie, a inne malutkie. Wyobraźmy sobie, że właśnie jesteśmy w gigantycznej kuchni. Można by pomyśleć, że jej właściciele uwielbiają gotowanie. Czy to będzie uzasadniony wniosek? Nie, ponieważ opieramy się wyłącznie na wielkości kuchni, a trzeba wziąć w rachubę powierzchnię całego domu. Wielka kuchnia w wielkim domu nie jest niczym nadzwyczajnym – stanowi po prostu odpowiednio przeskalowany element normalnego rozkładu pomieszczeń. Natomiast za wybudowaniem ogromnej kuchni w niewielkim domu najprawdopodobniej stoi już jakiś konkretny powód – być
Przyjęcie tego założenia zależy od tego, czy w komórkach porównywanych zwierząt nie zaszły duże ewolucyjne zmiany.
Hipoteza ta pochodzi od neurobiologa Georga Striedtera. Porównał on mózgi do przedsiębiorstw, które reorganizują się, w miarę jak zakres ich działalności się zwiększa (zob.
Spróbuję jeszcze lepiej wyrazić porównanie pierwszorzędowej kory czuciowej u szczurów i ludzi za pomocą pewnej analogii. Pisarz i szef kuchni Thomas Keller wyjaśnia, że kiedy gotujemy różne warzywa razem w jednym naczyniu, ostatecznie cała mieszanka będzie miała ten sam smak, będący wypadkową wszystkich pozostałych. Żaden ze składników nie będzie się wyróżniał. Istnieje jednak inny, lepszy sposób na przygotowanie dania: można ugotować każde warzywo osobno i połączyć je w garnku dopiero pod sam koniec – wówczas każda łyżka będzie zaskakiwała innym, złożonym splotem smaków. Na tym właśnie w gruncie rzeczy polega różnica między funkcjonowaniem pierwszorzędowej kory czuciowej u szczurów i u ludzi. Pojedynczy obszar u szczurów jest jak pojedynczy rondel, w którym mieszczą się wszystkie składniki, podczas gdy ludzie mają do dyspozycji cztery garnki z osobnymi komponentami potrawy. Mówiąc językiem wprowadzonym w lekcji drugiej, technika korzystająca z czterech garnków charakteryzuje się wyższym stopniem złożoności. Zob. 7half.info/keller.
Rozumiem przez to, że mają tę samą molekularną tożsamość – specyficzne geny lub sekwencje genów – za pomocą której podejmują te same genetyczne działania (na przykład tworzą to samo białko). Dany gen niekoniecznie uczestniczy w powstawaniu tego samego białka u każdego zwierzęcia, u którego występuje. Dwa stworzenia mogą mieć te same geny, ale u każdego z nich mogą one funkcjonować inaczej i brać udział w budowaniu różnych struktur. Nawet zresztą u tego samego zwierzęcia sieć genetyczna na różnych etapach rozwoju może być odpowiedzialna za wykonywanie różnych czynności (przystępne wyjaśnienie tego zjawiska wraz z przykładami znajdziecie w
Badania te zapoczątkowała Barbara Finlay, neuronaukowczyni zajmująca się ewolucją i rozwojem, która zaproponowała model „czasu translacji”. Finlay stworzyła matematyczny model, który pozwala przewidzieć chronometraż 271 wydarzeń zachodzących w procesie rozwijania się zwierzęcego mózgu: między innymi początek tworzenia się neuronów, moment, w którym zaczynają rosnąć aksony, kiedy pojawią się i udoskonalają połączenia neuronalne, gdy rozpoczyna się proces mielinizacji i kiedy zmienia się i zwiększa objętość mózgu. Dla każdego z 18 badanych gatunków ssaków (a nawet dla pewnych dodatkowych gatunków zwierząt nieujętych w pierwotnej analizie) model Finlay oblicza odpowiednią liczbę dni trwania danego zdarzenia rozwojowego. Kiedy porównamy dane przewidywane przez jej model z rzeczywistym harmonogramem rozwoju mózgu, uzyskamy zdumiewająco wysoką korelację wynoszącą 0,993 na skali od -1,0 do 1,0. Oznacza to, że porządek wydarzeń jest niemal identyczny u wszystkich badanych gatunków – wszystkie można opisać za pomocą tego samego modelu.
Co więcej, geny znalezione w różnych komórkach mózgu ssaków dostarczają dowodów genetycznych potwierdzających słuszność modelu czasu translacji. Te same geny zawarte są również w komórkach mózgowych ryb należących do żuchwowców. Niektóre z nich można prześledzić aż do lancetnika, a prawdopodobnie również do naszego wspólnego z nim przodka. Opierając się na samych dowodach genetycznych, można więc rozsądnie wnioskować, że mózg wszystkich kręgowców mających szczęki (a przynajmniej jego część) powstaje według wspólnego planu budowy. Zob. 7half.info/manufacture.
Dla mnie, jako neuronaukowczyni, dowody na poparcie hipotezy o wspólnym planie budowy mózgu Finlay są przekonujące. Zainteresowani czytelnicy powinni jednak mieć na uwadze, że istnieją badacze, którzy wciąż podtrzymują pogląd, iż niektóre części ludzkiego mózgu, takie jak kora przedczołowa, wyewoluowały większe, niż wynikałoby to z czystego przeskalowania mózgu naczelnych. Ja uważam, że niektóre charakterystyczne cechy naszego mózgu biorą się z kombinacji dużej kory mózgowej (Uwaga, nie: większej, niż wynikałoby to z ogólnego rozmiaru mózgu, po prostu dużej w kategoriach bezwzględnych) i silniejszych połączeń między neuronami w jej niektórych obszarach, w tym w zewnętrznych warstwach kory przedczołowej. Niektórzy naukowcy, w tym ja, sądzą, że połączenie tych cech nadało ludziom zdolność pojmowania istoty rzeczy bardziej ze względu na ich funkcję niż na materialną formę, jaką przybierają – szerzej mówię o tym w lekcji siódmej oraz w poprzedniej książce