Интеллект эволюционировал в позвоночных как минимум дважды

Люди склонны возвеличивать свой интеллект. Наш мозг способен выполнять математические расчёты, применять логику, исследовать абстракции и мыслить критически. Но мы не можем утверждать, что обладаем монополией на рассуждения. Среди множества нечеловеческих видов, проявляющих интеллектуальное поведение, птицы многократно продемонстрировали широкие когнитивные способности. Вóроны умеют планировать на будущее, ворóны считают и пользуются инструментами, какаду открывают и разграбляют хитро закрытые контейнеры с мусором, а гаички запоминают десятки тысяч тайников с семенами. Примечательно, что при этом мозг птиц совершенно отличается от нашего: он меньше и в нём отсутствуют высокоорганизованные структуры, которые учёные ассоциируют с разумом млекопитающих.

«Птица с десятиграммовым мозгом способна практически на то же, что и шимпанзе с мозгом массой 400 граммов. Как это возможно?», — рассказывает Онур Гюнтюркюн, изучающий структуры мозга в Рурском университете (Бохум, Германия).

Исследователи давно обсуждают связь между интеллектом пернатых и млекопитающих. Одна из возможностей заключается в том, что интеллект позвоночных — животных с позвоночником, включая млекопитающих и птиц — эволюционировал единожды. В этом случае обе группы наследовали бы сложные нейронные цепи, обеспечивающие когнитивные навыки, от общего предка: ящерицеподобного существа, жившего 320 миллионов лет назад, когда все континенты Земли были сжаты в единый массив суши. Вторая возможность — виды нейронных цепей, лежащих в основе разума позвоночных, эволюционировали по отдельности в птицах и млекопитающих.

Нам сложно отследить конкретный путь, по которому шла эволюция, ведь все следы мозга древнего предка давно исчезли. Поэтому биологи пошли по другому пути; например, сегодня они сравнивают структуры мозга во взрослых и растущих животных, чтобы разобраться, как могла возникнуть подобная нейробиологическая сложность.

Серия исследований, опубликованная в журнале Science в феврале 2025 года, даёт нам наиболее точные на данный момент свидетельства того, что птицы и млекопитающие не унаследовали генерирующие интеллект нейронные цепи от общего предка, а эволюционно развили их независимо друг от друга. Из этого может следовать, что интеллект позвоночных мог возникать не единожды, а много раз. Впрочем, пути эволюции их нейронной сложности разошлись не очень сильно: исследования обнаружили, что в мозгах пернатых и млекопитающих присутствуют на удивление схожие цепи.

«Это очень важная веха в процессе понимания и интеграции различных идей об эволюции», — считает Гюнтюркюн, не участвовавший в этом новом исследовании.

Возможно, самое важное здесь то, что это поможет нам «отойти от представлений о том. что мы самые совершенные существа в мире. Мы — не наиболее оптимальное решение проблемы интеллекта», — считает Никлас Кемпинг, из Лёвенского католического университета, проводивший одно из исследований.

Птицы тоже достигли этого, но пойдя своим путём.

Синица в небе

В течение первой половины двадцатого века нейроанатомы предполагали, что птицы глупы. У этих существ нет ничего, напоминающего неокортекс — высокоупорядоченной внешней структуры мозга людей и других млекопитающих, управляющей языком, общением и рассуждениями. Неокортекс состоит из шести слоёв нейронов, которые получают сенсорную информацию от других частей мозга, обрабатывают её и отправляют в области, определяющие наше поведение и реакции.

«Долгое время считалось, что это центр когнитивной деятельности и что для развития сложных когнитивных способностей подобная анатомия необходима», — рассказывает Бастьен Заремба, изучающая эволюцию мозга в Гейдельбергском университете.

Вместо аккуратных слоёв в мозгу птиц присутствуют «неспециализированные скопления нейронов без уникальных отличий», — делится нейробиолог Баскского центра нейробиологии Achucarro Фернандо Гарсия-Морено. Век назад эти структуры заставили нейроанатомов думать, что поведение птиц по большей мере рефлективно, а не управляется обучением и принятием решений. Из этого, по словам Гюнтюркюна, «следовало, что действия, легко изучаемые млекопитающим, птица выучить никак не может».

Этот традиционный взгляд начал меняться в 1960-х, когда молодой нейроанатом Массачусетского технологического института Харви Картен картографировал и сопоставил структуры мозга млекопитающих и голубей, а позже сов, кур и других птиц. Его открытие оказалось неожиданным: области мозга, которые, как считалось, участвовали только в рефлекторных движениях, состояли из нейронных цепей — сетей взаимосвязанных нейронов — напоминавших структуры неокортекса млекопитающих. Эта область птичьего мозга, дорсальный наджелудочковый валик (ДНВ), оказалась сравнимой с неокортексом, только выглядела иначе.

В 1969 году Картен написал «очень важную статью, полностью изменившую точку зрения в этой сфере», — рассказывает Мария Тошес, изучающая развитие мозга позвоночных в Колумбийском университете. «Его работа оказалась поистине революционной». Он пришёл к выводу, что поскольку нейронные цепи птиц и млекопитающих схожи, они унаследованы от общего предка. По словам Гюнтюркюна, раньше работавшего в лаборатории Картена, это мнение доминировало в нейробиологии десятки лет. Оно «зародило огромный интерес к мозгу птиц».

Спустя несколько десятков лет Луис Пуэльес, изучавший анатомию в испанском Университете Мурсии, пришёл к выводу, противоположному выводу Картена. Сравнив эмбрионы на разных стадиях развития, он обнаружил, что неокортекс млекопитающих и ДНВ птиц развились из разных областей мантии эмбрионов — области мозга, общего для всех позвоночных. Он заключил, что структуры должны были эволюционировать независимо друг от друга.

По словам Тошес, Картен и Пуэльес «давали совершенно разные ответы на этот важный вопрос». Споры продолжались десятки лет. Со временем биологи начали высоко оценивать интеллект птиц, начиная с исследований Алекса — африканского серого попугая, способного считать и опознавать объекты. Учёные осознали, что птицы могут быть очень умными.

Однако, по словам Гарсия-Морено, ни одна из групп не хотела ставить окончательную точку в споре о двух теориях эволюции мантии мозга позвоночных. «Каждая работала над собственной методикой». Один лагерь продолжал сравнивать цепи в мозге взрослых позвоночных, другой сосредоточился на эмбриональном развитии.

В новых исследованиях учёные попытались «соединить всё вместе».

Тот, да не тот

Два новых исследования, проведённых независимыми командами учёных, использовали один и тот же мощный инструмент идентификации типов клеток, называемый секвенирование РНК одиночных клеток. Эта методика позволяет исследователям сравнивать нейронные цепи, как это делал Картен, но не только в мозгах взрослых особей, но и вплоть до эмбрионального развития, анализом которого занимался Пуэльес. Благодаря этому учёные могут узнать, где клетки начинают расти в эмбрионе и в какой части мозга взрослого животного они оказываются; это изучение путей развития может помочь обнаружить пути, которыми шла эволюция.

В своём исследовании команда Гарсия-Морено хотела изучить развитие цепей мозга. При помощи секвенирования РНК и других методик они отслеживали клетки в мантии мозга кур, мышей и гекконов на различных эмбриональных стадиях, чтобы определить время создания и взросления разных типов нейронов.

Они обнаружили, что зрелые цепи выглядели очень схоже у всех животных, как отметил Картен, но создавались они по-разному, как выяснил Пуэльес. Цепи, составляющие неокортекс млекопитающих и ДНВ птиц, развивались на разных этапах, в разном порядке и в разных областях мозга.

В то же время Гарсия-Морено сотрудничал с Бастьен Заремба и её коллегами из Гейдельбергского университета. Благодаря секвенированию РНК они создали «самый подробный на сегодня атлас мантии мозга птиц», — рассказывает Тошес, написавшая для Science обзорную статью по теме. Сравнивая мантию мозга птиц, ящериц и мышей, они также выяснили, что неокортекс и ДНВ состоят из схожих цепей, однако нейроны, составляющие эти нейронные цепи, различаются.

«Способ построения схожих цепей более гибок, чем можно было ожидать. Можно строить одни и те же цепи из разных типов клеток», — делится Заремба.

Также Заремба и её команда обнаружили, что в мантии мозга птиц нейроны, начинающие развитие в разных областях, могут при развитии стать одним и тем же типом нейрона в мозге взрослого животного. Это противоречит предыдущим мнениям, гласившим, что разные области эмбриона должны создавать разные типы нейронов.

У млекопитающих развитие мозга следует по интуитивно понятному пути: клетки, находящиеся в начале развития в области миндалевидного тела, оказываются во взрослом организме в миндалевидном теле. Клетки области коры оказываются в коре взрослого. Но у птиц, по словам Гюнтюркюна, «происходит фантастическая реорганизация переднего мозга, для нас совершенно неожиданная».

Суммарно эти исследования стали самым чётким свидетельством того, что у птиц и млекопитающих независимо друг от друга эволюционно развились области мозга, обеспечивающие сложные когнитивные способности. Они соотносятся с исследованиями лаборатории Тошен, в которых обнаружилось, что неокортекс млекопитающих эволюционировал независимо от ДНВ рептилий.

Однако всё равно есть свидетельства того, что присутствовала определённая доля наследования от общего предка. В третьем исследовании с использованием глубокого обучения, проведённом Никласом Кемпинком и его соавтором Николаем Хекером, выяснилось, что мыши, куры и люди имеют некоторые общие фрагменты ДНК, влияющие на развитие неокортекса или ДВН; из этого можно сделать вывод, что в обеих группах животных работают схожие генетические инструменты. И, как показали предыдущие исследования, ингибиторные нейроны, подавляющие и модулирующие нейронные сигналы, сохранились и в птицах, и в млекопитающих.

Однако эти открытия не полностью разрешили споры между Картеном и Пуэльесом. Чьи идеи были ближе к истине? Тошес считает, что прав был Пуэльес, а Гюнтюркюн думает, что новые находки больше отражают идеи Картена, хотя и частично говорят в пользу мнения Пуэльеса. Гарсия-Морено думает, что не нужно искать различия: «Оба были правы, никто из них не ошибался».

Как создать интеллект

У интеллекта нет инструкции по сборке. Его определение сложно сформулировать, идеальные шаги по его созданию отсутствуют, а его конструкция неоптимальна, говорит Тошес. Инновации могут возникать в биологии животных, как в новых генах и их регуляции, так и в новых типах и цепях нейронов, в областях мозга. Но подобные инновации могут независимо друг от друга эволюционно возникать многократно. Это явление называется конвергентной эволюцией и часто встречается в биологии.

«Мне нравятся эти статьи ещё и потому, что на самом деле они выявляют множество различий, — рассказывает молекулярный нейробиолог Брэдли Колкитт из Калифорнийского университета в Санта-Крузе. — Они позволяют нам сказать, какие уникальные нейронные решения создавали эти организмы для решения схожих задач жизни в сложном мире, имея возможность адаптации в быстро меняющихся условиях среды».

Осьминоги и кальмары независимо от млекопитающих развили камероподобные глаза. Птицы, летучие мыши и насекомые поднялись в небо собственным способом. Древние люди в Египте и Южной Америке независимо друг от друга строили пирамиды — самые структурно эффективные формы, прошедшие испытание временем.

Аналогично, по словам Тошес, способы создания разумного мозга сильно ограничены, по крайней мере, у позвоночных. Но если отойти от мира позвоночных, то можно создавать разумный мозг гораздо более странными способами, по крайней мере, с нашей точки зрения. «Это настоящий Дикий Запад». У осьминогов, например, «разум эволюционировал совершенно независимым образом». Их когнитивные структуры совершенно не похожи на наши, за исключением того, что созданы из тех же типов клеток: нейронов. Однако осьминоги способны на потрясающие достижения, например, они умеют сбегать из аквариумов, решать головоломки, раскручивать крышки банок и носить раковины в качестве защиты.

Было бы крайне любопытно узнать, как эволюционно возник разум осьминогов на основе сильно отличающихся нейронных структур. Благодаря этому мы смогли бы выявить ограничения эволюции интеллекта не только у позвоночных, но и у всех видов животных.

По мнению Заремба, подобные открытия могут со временем раскрыть общие признаки различных видов разума. Каковы строительные блоки мозга, способного критически мыслить, пользоваться инструментами или создавать абстрактные идеи? Это понимание может помочь нам в поисках внеземного разума и в совершенствовании искусственного интеллекта. Например, сегодня наши методики заимствования принципов эволюции для улучшения ИИ очень антропоцентричны. «Мне было бы очень любопытно проверить, можно ли создать искусственный интеллект на основе разума птиц. Как птица думает? Как нам имитировать этот процесс?» — делится Кемпинк.