我們每天打哈欠的次數(shù)大約在 5 到 10 次，但這不僅僅是人類特有的行為，在脊椎動物中，生物學(xué)家們同樣觀察到了打哈欠這一行為。然而令人感到疑惑的是，這個行為為什么會演化產(chǎn)生呢？一組行為生物學(xué)家的新研究發(fā)現(xiàn)，打哈欠的時長與大腦的體積及其中神經(jīng)元的數(shù)量有關(guān)。
圖片來源：Pixabay
來源 Utrecht University, Utrecht University Faculty of Science
翻譯 顧晨月
編輯 魏瀟
打哈欠不一定是無聊的表現(xiàn)，相反，它有可能用來度量大腦的體積。一項對 100 多種哺乳動物和鳥類的研究顯示，大腦體積較大的脊椎動物打哈欠的時間更長。這項研究由來自荷蘭烏得勒支大學(xué)（Utrecht University）的生物學(xué)家 Jorg Massen 和美國紐約州立大學(xué)理工學(xué)院（State University of New York Polytechnic Institute）的生物學(xué)家 Andrew Gallup 領(lǐng)銜，相關(guān)論文 5 月 6 日發(fā)表在科學(xué)期刊《通訊生物學(xué)》（Communications Biology）上。
給大腦降溫
人們普遍認(rèn)為，打哈欠并不能給我們的血液補充氧氣。但是， Gallup 的實驗小組卻發(fā)現(xiàn)打哈欠可以給大腦降溫。Gallup 說：“打哈欠時，由于吸入涼爽的空氣并同時拉伸口腔周圍的肌肉，使更多較涼的血液流向大腦，從而實現(xiàn)了體溫調(diào)節(jié)的功能。”
許多研究都支持這一觀點。例如，研究人員發(fā)現(xiàn)在打哈欠之后，大腦的溫度迅速下降，而環(huán)境的溫度則決定了打哈欠的頻率。此外，還發(fā)現(xiàn)當(dāng)人們將冰袋放在頭上或脖子上，或者以其他方式為大腦降溫時，幾乎不會打哈欠。
1250 個哈欠
Massen, Gallup 及他們的同事所進行的研究也支持了這一觀點——打哈欠主要是為了給大腦降溫——畢竟，大腦越大或越活躍，就越需要降溫。Gallup 和 Massen 此前對哺乳動物進行的一些小范圍的研究已經(jīng)表明，具有較大大腦的動物打哈欠的時間更長。Massen 說：“在新的研究中，我們想看看這個理論是否具有普遍性，尤其是它是否也對鳥類適用?！币虼耍芯啃〗M便進行了從 55 種哺乳類動物和 46 種鳥類中收集 1250 個哈欠這一艱巨的任務(wù)。
Massen 說：“我們帶著相機去了幾個動物園，在動物圍欄邊上等著動物們打哈欠，這真是一個漫長的過程?！背酥?，研究人員還對 YouTube 和 Facebook 等社交平臺上的動物打哈欠視頻進行了研究。
這項研究的另一位主要作者，來自奧地利維也納大學(xué)（University of Vienna）的 Margarita Hartlieb 說：“獲取這么多動物打哈欠的視頻是非常需要耐心的，而對這些哈欠進行程序編碼快要讓我對打哈欠的感染力產(chǎn)生免疫了。”
接著，這個研究小組就將打哈欠的時長與捷克布拉格查爾斯大學(xué)（Charles University in Prague）Pavel Němec 團隊提供的大腦和神經(jīng)元數(shù)據(jù)進行聯(lián)系。于是，他們得出結(jié)論，對于不同的物種而言，打哈欠的時長與該物種大腦體積及大腦神經(jīng)元的數(shù)量有關(guān)，與身體的大小無關(guān)。
此外，研究小組還發(fā)現(xiàn)哺乳類動物打哈欠的時長比鳥類的更長，這可以用鳥類具有更高的體溫來解釋。相比于哺乳動物，鳥類的體溫與環(huán)境溫度的溫差更大，因此鳥類的血液溫度降到環(huán)境溫度的速度更快，所以只需要一個較短的哈欠就夠了。
在最佳的溫度下，大腦才能以最好的狀態(tài)工作。不論在何種情況下，如果大腦的溫度升高過多，我們就會變得不那么警覺和專注?，F(xiàn)在看來，鳥類和哺乳類動物都進化出了一種用來對抗這種現(xiàn)象的行為機制——打哈欠。因此，Massen 說：“我們不應(yīng)該再覺得打哈欠是一種粗魯?shù)男袨?，而?yīng)該理解那是一個人正在努力保持專注?！?/p>
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原文鏈接：
https://phys.org/news/2021-05-longer-bigger-brain.html
【標(biāo)題】Brain size and neuron numbers drive differences in yawn duration across mammals and birds
【期刊】Communications Biology
【作者】Massen, J.J.M., Hartlieb, M., Martin, J.S. et al.
【日期】06 May 2021
【DOI】https://doi.org/10.1038/s42003-021-02019-y
【摘要】
Recent studies indicate that yawning evolved as a brain cooling mechanism. Given that larger brains have greater thermolytic needs and brain temperature is determined in part by heat production from neuronal activity, it was hypothesized that animals with larger brains and more neurons would yawn longer to produce comparable cooling effects. To test this, we performed the largest study on yawning ever conducted, analyzing 1291 yawns from 101 species (55 mammals; 46 birds). Phylogenetically controlled analyses revealed robust positive correlations between yawn duration and (1) brain mass, (2) total neuron number, and (3) cortical/pallial neuron number in both mammals and birds, which cannot be attributed solely to allometric scaling rules. These relationships were similar across clades, though mammals exhibited considerably longer yawns than birds of comparable brain and body mass. These findings provide further evidence suggesting that yawning is a thermoregulatory adaptation that has been conserved across amniote evolution.
【鏈接】
https://www.nature.com/articles/s42003-021-02019-y
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