Dato quanto siamo orgogliosi dei nostri grandi cervelli, è ironico che non abbiamo ancora capito perché li abbiamo. Un'idea, chiamata ipotesi tampone cognitivo, è che l'evoluzione dei cervelli grandi è guidata dai vantaggi adattivi di essere in grado di montare rapidamente, risposte comportamentali flessibili a cambiamenti ambientali frequenti o imprevisti.

È difficile testare questa idea sulle persone perché c'è solo una specie vivente nel genere Homo. Uccelli, secondo Carlos Botero, assistente professore di biologia in Arts &Sciences presso la Washington University di St. Louis, sono un'altra cosa. Ci sono molte specie, hanno una gamma di dimensioni del cervello e vivono ovunque. In molti modi, sono il gruppo ideale per testare questa ipotesi.

Da giovane studioso, Botero è stato in grado di mostrare come i tordi che vivono in habitat variabili hanno canzoni più elaborate. Poiché la complessità del canto è un proxy per la capacità di apprendimento, questa scoperta sembrava supportare l'ipotesi del tampone cognitivo.

Ma, dopo un po, cominciò a pensare a spiegazioni alternative per i suoi risultati. L'ipotesi richiede che i grandi cervelli migliorino la sopravvivenza, ma lo studio di Botero non lo ha dimostrato. E non ha risolto un problema di tempistica cruciale:i grandi cervelli si sono evoluti in habitat variabili? o si sono evoluti altrove e poi hanno reso più facile colonizzare ambienti ostili? Però, lo studio sul tordo non ha guardato indietro nel tempo.

Quindi, insieme a Trevor Fristoe, associato post-dottorato in biologia presso la Washington University e il biologo canadese Andrew Iwaniuk dell'Università di Lethbridge, Botero ha deciso di prendere in giro le ipotesi alla base dell'ipotesi del buffer cognitivo e testarle separatamente.

Il loro studio, pubblicato il 25 settembre in Natura Ecologia ed Evoluzione , ha mostrato che i cervelli grandi non avevano maggiori probabilità di evolversi in habitat variabili rispetto agli habitat stabili, quindi quella parte dell'ipotesi non era supportata. Ma ha anche dimostrato che gli uccelli più intelligenti erano in grado di colonizzare meglio le stagioni, luoghi imprevedibili. Quindi gli uccelli con un grande cervello sono stati in grado di muoversi in una gamma più ampia di ambienti.

"I risultati sono stati piuttosto sorprendenti, " disse Fristoe. "Nella prima parte dello studio, abbiamo dimostrato che un cervello grande offre davvero agli uccelli un vantaggio in termini di sopravvivenza in ambienti variabili. Quindi il meccanismo funziona. Ma ciò ha reso tutto più sconcertante quando la seconda parte dello studio ha mostrato che i cervelli grandi spesso si sono evoluti in habitat stabili, non variabili".

Botero è il primo a riconoscere che la dimensione del cervello è una misura imperfetta della cognizione, un termine che di per sé ha molte definizioni.

Ciò che gli scienziati hanno osservato non era la dimensione assoluta del cervello, ma la differenza tra la dimensione del cervello e la dimensione del cervello statisticamente prevista per la dimensione del corpo dell'uccello. "Uno struzzo sembra avere un cervello enorme, ma rispetto alle sue dimensioni corporee, non è davvero così impressionante, " disse Botero. "Un corvo non è molto più grande di un pollo, ma il suo cervello è proporzionalmente molto più massiccio.

"La correlazione tra la dimensione relativa del cervello e la capacità cognitiva è migliore per gli uccelli che per i mammiferi, " ha detto Botero. "Anche se la dimensione relativa del cervello è una metrica rumorosa, è ancora uno dei modi migliori che abbiamo per misurare le differenze relative al cervello tra le specie su grandi scale tassonomiche.

"L'intero campo è pieno di avvertimenti."

Botero e Fristoe hanno prima testato l'ipotesi che un cervello più grande offrisse agli uccelli un vantaggio in termini di sopravvivenza analizzando i dati raccolti dal Breeding Bird Survey, un enorme database di avvistamenti di uccelli che viene utilizzato per monitorare le popolazioni di uccelli nordamericani. Ogni anno dal 1966, birders volontari hanno seguito percorsi prestabiliti durante l'alta stagione riproduttiva, fermandosi per tre minuti in punti designati per contare tutti gli uccelli che possono sentire o vedere.

"Abbiamo esaminato tutti i dati per il Nord America, tutte le specie per le quali conoscevamo le dimensioni del cervello, e ha escogitato una metrica per la stabilità della popolazione, aggiustando per altri fattori che possono influenzare la stabilità come le dimensioni della covata e se l'uccello è migratore o meno, " ha detto Botero.

Hanno caratterizzato le condizioni ambientali nello stesso periodo con i dati di ecoClimate, un database aperto di simulazioni climatiche, e i dati delle osservazioni della Terra della NASA.

"Abbiamo dimostrato che le specie con cervelli grandi mantengono popolazioni stabili in ambienti in cui la temperatura, le precipitazioni o la produttività cambiano molto, e le specie con cervelli più piccoli se la cavano meno bene, " ha detto Botero.

"Quindi il meccanismo che le persone proponevano sembra funzionare davvero, " ha detto. "I grandi cervelli migliorano la sopravvivenza quando le condizioni ambientali cambiano frequentemente e inaspettatamente".

Gli scienziati erano ora pronti ad affrontare il problema principale. "L'ipotesi del buffer cognitivo afferma che il cervello è diventato più grande perché le specie erano esposte ad ambienti più variabili, " disse Botero. "Ha senso, ma è vero?"

Affinché l'ipotesi sia vera, le condizioni variabili dovevano verificarsi per prime, e ciò significava che gli scienziati dovevano escogitare un modo per ricostruire le caratteristiche degli uccelli e degli ambienti scomparsi molto tempo fa.

Per fare questo, hanno cercato correlazioni evolutive tra le transizioni nelle dimensioni del cervello e la variabilità della temperatura e delle precipitazioni di habitat specifici per specie in una filogenesi globale degli uccelli (un diagramma che rappresenta l'ordine in cui si pensa che le specie si siano evolute da un antenato comune).

"Abbiamo scoperto che i cervelli grandi hanno la stessa probabilità di evolversi in luoghi con condizioni variabili e luoghi con condizioni stabili. Non vediamo alcuna differenza tra i due, " ha detto Botero.

"Ma abbiamo scoperto che gli ambienti variabili hanno maggiori probabilità di essere colonizzati da specie che avevano già grandi cervelli, " ha detto. "Questo spiega perché, quando usciamo oggi, troviamo un'associazione tra grandi cervelli e ambienti variabili. E probabilmente il motivo per cui il suo studio precedente ha scoperto che i migliori cantanti tra i tordi di tordo vivevano in habitat variabili.

Quindi ora sappiamo che un grande cervello ha aiutato specie come il corvo comune ad espandersi nella varietà di habitat in cui vivono oggi, ma non sappiamo ancora perché i corvi e persino gli umani abbiano sviluppato grandi cervelli in primo luogo. Botero e Fristoe ci stanno pensando.