Evolution of brain complexity and processing and cognitive capacity in selected vertebrates

Abstract

Procesní kapacita mozku bývá tradičně odhadována na základě velikosti mozku. Z nedávných studií však vyplývá, že u vzdáleně příbuzných druhů s podobnou velikostí mozku se může podstatně lišit počet neuronů, tedy základních výpočetních jednotek, i jejich distribuce do různých částí mozku. Abychom tedy dokázali odhalit, jakým způsobem se v evoluci kognitiv- ní kapacita mění, potřebujeme pracovat s daty na jemnější škále. Takový kvantitativní pří- stup k evoluci procesní kapacity mozku na buněčné úrovni je relativně nový. Možnost rychle získat spolehlivé odhady počty neuronů v celém mozku nebo jeho větších částech je totiž k dispozici až v posledních zhruba 15 letech díky rozšíření metody izotropní frakcionace. Ta otevírá dveře k řešení celé řady otázek. S její pomocí můžeme zjišťovat vnitrodruhovou varia- bilitu na úrovni jedinců i populací, podívat se na efekt pohlaví a věku, nebo studovat selekci na vnitrodruhové úrovni. Z druhé strany spektra pak můžeme sledovat velké makroevoluční trendy nebo se zaměřit na porovnání blízce příbuzných a ekologicky podobných druhů a po- kusit se tak studovat vliv jednotlivých selekčních tlaků. Ve své disertaci se zabývám variabilitou velikosti mozku a jeho buněčného složení moz- ku napříč obratlovci, a to jak na vnitrodruhové, tak na mezidruhové úrovni. V kapitole...

Brain processing capacity has traditionally been inferred from data on brain size. However, recent studies have shown that similarly sized brains of distantly related species can differ markedly in the number and distribution of neurons, their basic computational units. There- fore, a finer-grained approach is needed to reveal the evolutionary paths to increased cogniti- ve capacity. This quantitative approach to the evolution of brain processing capacity at the cellular level is relatively new, since quick and reliable estimation of the number of neurons in whole brains or large brain regions has only become possible in the past 15 years or so with the introduction of the isotropic fractionator. This method of determining brain cellular com- position is applicable to a wide range of questions. We can assess intraspecific variation, both at the individual and population level, examine the effect of sex and age, and the study se- lection at the intraspecific level. At the other side of the spectrum, we can study large macro- evolutionary trends or try to isolate the effect of specific selective pressures by comparing more closely related and ecologically similar species. In this thesis, I explored variation in brain size and brain cellular composition across vertebrates at both intraspecies and...