Por Vitor P. Abrahão

Em uma busca rápida ao longo de toda a diversidade dos vertebrados, podemos perceber inúmeras variações no tamanho do encéfalo em relação ao tamanho de seus corpos (Figura 1). Vale ressaltar que, a palavra cérebro é comumente utilizada por nós para se referir ao conjunto encefálico todo, mas cérebro (ou hemisférios cerebrais) é apenas uma região específica do encéfalo, denominada de telencéfalo. Apesar dessa grande variação, a relação entre encéfalo e corpo é muito ordenada nos animais, como mostram os estudos de estatística evolutiva (Figura 2). Entretanto, esse ordenamento – quanto mais cresce o corpo do organismo, mais cresce o encéfalo – não é reflexo de um crescimento proporcional ao longo do desenvolvimento dos animais. Trata-se de um crescimento alométrico, ou seja, o crescimento desproporcional de uma parte do organismo em relação ao conjunto corporal. Vamos explorar mais o que significa essa alometria nos vertebrados a seguir.

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Figura 1. Esquema da morfologia do encéfalo entre os grupos de vertebrados. Fonte: https://hyenaswine.wordpress.com/2016/01/11/braaaiins/
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Figura 2: Peso dos encéfalos plotados versus o peso corporal expressados na forma de polígonos convexos para cada principal grupo de vertebrados. Modificado de van Dongen (1998)[2].

As diferenças na relação entre tamanho do encéfalo versus tamanho do corpo são encontradas tanto entre os grupos de vertebrados (por exemplo, entre peixes e mamíferos), quanto dentro desses grupos. Tais variações estão distribuídas nas espécies ao longo da evolução dos vertebrados (Figura 3). Geralmente, os peixes sem mandíbula, conhecidos como lampreias e feiticeiras, possuem os menores encéfalos em relação ao corpo. Dentro desse grupo, as feiticeiras possuem encéfalos entre duas a três vezes maiores que as lampreias[1]. Em relação aos peixes ósseos de nadadeiras raiadas (que representam a maioria dos peixes) os teleósteos – onde se encaixam os lambaris, bagres, tuviras e carpas – possuem encéfalos maiores que os demais grupos[2]. Esse também é o caso para os peixes pulmonados, como os celacantos e as piramboias, onde o tamanho relativo de seus encéfalos é menor do que nos anfíbios e répteis. Surpreendentemente, o tamanho relativo do encéfalo de muitos tubarões e raias – peixes cartilaginosos – é maior do que os encontrados em anfíbios e répteis. Entre os peixes cartilaginosos, os encéfalos do tubarão-tigre, tubarão-touro e das raias-manta e raias-águia possuem os maiores tamanhos relativos.

Em geral, o encéfalo dos répteis é entre duas a três vezes maior que o tamanho do encéfalo dos anfíbios[2]. O mesmo acontece com as aves e os mamíferos, que possuem encéfalos seis a dez vezes maiores em relação ao tamanho daqueles observados em répteis com tamanho corporal semelhante (lembrando que as aves também são répteis!). Entre as aves, os maiores encéfalos são os dos passarinhos, papagaios e pica-paus, e os menores são os dos pombos e galinhas. Similarmente entre os mamíferos, os macacos, as baleias e os golfinhos possuem os maiores encéfalos relativos, enquanto os marsupiais e os roedores possuem os menores[2].

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Figura 3: Esquema de árvore evolutiva hipotética dos principais grupos de vertebrados. Modificado de Butler & Hodos (2005)[8].

Embora não seja possível identificar precisamente as pressões seletivas que favoreceram um crescimento ou diminuição específicos no tamanho relativo dos encéfalos, uma ou mais pressões seletivas certamente ocorreram em cada uma das irradiações evolutivas dos vertebrados[3]. Existe uma grande quantidade de evidências entre as diversificações dos vertebrados de que tanto fatores ecológicos como comportamentais podem desempenhar importantes papéis na modelagem de forma e tamanho dos encéfalos[4]. O aumento na demanda do uso das habilidades cognitivas (por exemplo, utilizar ferramentas, cantos e chamados que sejam co-específicos, comportamentos de cuidado parental, comportamentos que requeiram habilidades não instintivas, como planos e estratégias de caça, construção de armadilhas, entre outras) altera predominantemente o tamanho das estruturas neurais, mais do que suas conectividades[5]. Tais alterações no tamanho constituem um reflexo de como as espécies se adaptaram a um determinado ambiente ou a um regime de seleção natural[6] (Figura 4).

Existe uma grande quantidade de evidências entre as diversificações dos vertebrados de que tanto fatores ecológicos como comportamentais podem desempenhar importantes papéis na modelagem de forma e tamanho dos encéfalos.

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Figura 4: Ciclo simplificado de pressões ambientais e mudanças evolutivas. Modificado de Butler & Hodos (2005)[8].

 

Quais as consequências no aumento do encéfalo?

Embora pareça que o aumento relativo no encéfalo dos vertebrados ocorreu de forma independente em cada uma de suas irradiações, esses dados não sugerem uma pressão seletiva para o aumento progressivo do tamanho dos encéfalos. Entre as irradiações de vertebrados, são reconhecidas ao menos seis principais morfoclinas, sendo: 1) lampreias-feiticeiras; 2) tubarões das ordens Squalomorpha-Galeomorpha; 3) peixes ósseos da ordem Polypteriformes; 4) anfíbios-répteis; 5) répteis-aves; e 6) répteis-mamíferos[1]. Essas variações são caracterizadas pelo aumento de centros neurais (centros cerebrais de comandos de funções do organismo) e de classes neuronais (formadas por células nervosas específicas de cada centro neural) tendo como consequência, teoricamente, aumento na complexidade comportamental. O aumento de centros neurais é notável em relação ao teto óptico, onde podemos observar aumento na quantidade de suas camadas de células ao longo dos grupos de vertebrados e na complexidade dos hemisférios cerebrais[7]. Entre mamíferos e lampreias existe um grande aumento de classes neuronais, principalmente relacionados ao teto óptico, ao telencéfalo (ou hemisférios cerebrais) e ao bulbo olfatório (que contém os nervos e estruturas neurais também associadas ao olfato)[4,7]. Tais modificações podem significar aumento na habilidade visual, complexidade comportamental e aumento na capacidade olfativa, respectivamente.

Ao longo das irradiações evolutivas dos vertebrados, observamos que as regiões ligadas a estes sistemas sensoriais possuem um aumento gradativo em relação ao seu tamanho e complexidade relacionados aos centros neurais e classes neuronais. Essas mudanças gradativas permitiram aumento na capacidade sensorial para detectar melhor as mudanças súbitas nos ambientes. Entretanto, enquanto animais com menor complexidade e menor encéfalo continuam a sobreviver, animais com maior complexidade encefálica também estão sendo selecionados na natureza. Basicamente, encéfalos maiores e mais complexos permitem a ocupação de potenciais novos nichos[8].

Entretanto, enquanto animais com menor complexidade e menor encéfalo continuam a sobreviver, animais com maior complexidade encefálica também estão sendo selecionados na natureza.

Maiores encéfalos significam maior inteligência?

O aumento efetivo no tamanho relativo do encéfalo e consequente aumento na complexidade comportamental é um dos assuntos mais difíceis dentro da Neurobiologia comparada (área da Biologia que estuda o desenvolvimento do sistema nervoso nos diferentes grupos de animais). Apesar de tudo o que se sabe sobre as funções de cada região do encéfalo, muitas pesquisas são resultantes de estudos dos sistemas sensoriais, uma vez que são mais fáceis de serem testados, controlados e interpretados [3,4,7,8].

Entretanto, no final do século XIX[9,10], o aumento no tamanho relativo do encéfalo foi inicialmente considerado ligado à inteligência. No final da era Vitoriana (1837-1901), os princípios de Psicologia comparativa estavam sendo desenvolvidos. Um desses princípios era de que a inteligência aumentava conforme a “ascendência filogenética”. Em outras palavras, conforme a evolução “avançava” (mesmo pensamento errôneo sobre como a evolução ocorria), animais não-humanos adquiriam encéfalos maiores e mais complexos, ditos “encéfalos mais humanos”, com maior capacidade de inteligência. Dessa forma, o pensamento de que encéfalos mais complexos possuem maior inteligência prosperou até tempos recentes[8].

Mas, antes de compararmos a inteligência baseada no tamanho do encéfalo de cada animal, vamos compreender um pouco sobre o que é de fato a inteligência, termo que tem sido aplicado ao comportamento humano de muitas formas diferentes.

Uma característica comum entre todas as tentativas de definir inteligência é a compreensão da forma como nos adaptamos em resposta aos estímulos do ambiente. Os teóricos da inteligência discutem extensivamente sobre se a inteligência é uma característica geral de um organismo que é aplicável a muitas situações diversas, se é apenas a soma de uma série de habilidades específicas, ou se é uma combinação de ambas. Portanto, seja qual for a melhor definição de inteligência aplicada, uma importante consideração que deve ser tomada é de que a inteligência não é uma propriedade biológica, como altura, volume da cabeça, ou superfície cortical. A definição de inteligência aplicada a outros organismos não-humanos é, na verdade, um julgamento que nós fazemos sobre os méritos do comportamento que estamos observando. Ou seja, nós mesmos decidimos quais comportamentos são importantes a se considerar. Em outras palavras, se o organismo realiza um “bom comportamento” logo concluímos que tal organismo é inteligente, e se um organismo realiza um “mau comportamento”, concluímos que ele não é inteligente o suficiente (Figura 5). Isso pode também ser aplicado às diferentes culturas humanas, onde diferentes comportamentos são avaliados como inteligentes ou não (novamente, baseados na ideia do observador do que é “inteligente ou não”).

A definição de inteligência aplicada a outros organismos não-humanos é, na verdade, um julgamento que nós fazemos sobre os méritos do comportamento que estamos observando.

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Figura 5: Charge cômica evidenciando incabíveis comparações acerca da grande diversidade de especializações de cada grupo. Fonte: http://scholasticadministrator.typepad.com/thisweekineducation/2012/08/cartoons-climb-that-tree.html#.Wmpk8KinHIV

Em 1973, o neurobiologista Jerison[11] buscou estabelecer medidas quantitativas para a inteligência, a qual chamou de “coeficiente de encefalização” (no original em inglês, encephalization quotient (EQ)). Por exemplo, um encéfalo com um EQ igual a 6 seria um encéfalo seis vezes maior que um encéfalo mediano de mamíferos. Portanto, se um encéfalo mediano de mamífero é capaz de manter funções sensoriais e motoras básicas, o “excesso” de encéfalo nos humanos representa os neurônios a mais que os humanos têm e que podem ser utilizados em funções mentais mais elevadas. Felizmente, esse conceito caiu em descrédito pela maioria dos pesquisadores do assunto, principalmente pela impossibilidade de estabelecer uma definição de inteligência sem o julgamento de um observador, como dito acima.

Apesar desses problemas, muitas pessoas acreditam que nossos comportamentos são mais inteligentes que, por exemplo, os de um rato, e que isso ocorre devido à diferença no tamanho entre nossos encéfalos. De fato, a grande maioria das pessoas não negaria que a complexidade do encéfalo e a complexidade comportamental são de alguma forma conectadas. Se aceitarmos que encéfalos grandes estão relacionados a maior complexidade comportamental, como essa complexidade comportamental pode ser mensurada? Por exemplo, existem questões sobre se os grandes macacos africanos e os papagaios africanos possuem um senso de percepção pessoal ao longo do tempo[12,13], mas como podemos comparar o comportamento desses animais entre eles ou com nós mesmos? A tentativa de comparação de inteligência entre organismos não-humanos com a inteligência humana tem falhado consideravelmente. Como exemplo, ratos têm “mau” desempenho em testes de inteligência, principalmente quando induzidos a testes relacionados à habilidade visual. A visão é um sentido muito importante para os humanos, mas não tão importante assim para animais noturnos (como os ratos, por exemplo). Nesses animais, o sentido do olfato e a audição são muito mais importantes. De fato, em testes que envolvem esses últimos sentidos, os ratos se saem absolutamente melhores que humanos[8]! Portanto, numa tentativa de se definir a inteligência, seja qual for a definição utilizada, todo o esforço deve ser centralizado em formas apropriadas para cada tipo de vida.

A tentativa de comparação de inteligência entre organismos não-humanos com a inteligência humana tem falhado consideravelmente.

Resumindo, adaptações comportamentais envolvem muitos sistemas neurais, que vão desde aqueles que percebem o meio ambiente e se adaptam às suas demandas, até aqueles que processam e armazenam informações para decisões a serem tomadas futuramente. O comportamento inteligente é uma das mais sofisticadas formas de adaptação ao ambiente. Não devemos esperar encontrar os mesmos componentes encefálicos necessariamente para correlacionar inteligência com outros grupos de organismos. Cada organismo possui vantagens e desvantagens que foram moldadas a partir de muito tempo de diversificação, e qualquer comparação rasteira torna-se insuficiente para a compreensão da complexidade que é de fato encontrada na natureza.

Portanto, numa tentativa de se definir a inteligência, seja qual for a definição utilizada, todo o esforço deve ser centralizado em formas apropriadas para cada tipo de vida.

Principais referências utilizadas:

[1] Northcutt, R. G. (1985). Brain phylogeny. speculations on pattern and cause. In M. J. Cohen and F. Strumwasser (eds.), Comparative neurobiology: Modes of communication in the nervous system, pp. 351–378. Wiley, New York.

[2] van Dongen, P. A. M. (1998). Brain size in vertebrates. In R. Nieuwenhuys, H. J. ten Donkelaar, and C. Nicholson (eds.), The central nervous system of vertebrates, Vol. 3, pp. 2100–2134. Springer-Verlag, Berlin.

[3] Northcutt, R. G. (2002). Understanding vertebrate brain evolution. Integrative and comparative biology42(4), 743-756.

[4] Striedter, G. F. (2005). Principles of Brain Evolution (Sinauer, Sunderland, MA).

[5] Huber, R. & Rylander, M. K. (1992). Brain morphology and turbidity preference in Notropis and related genera (Cyprinidae, Teleostei). Environmental Biology of Fishes 33: 153–165.

[6] Gonzalez-Voyer, A. & Kolm, N. (2010). Sex, ecology and the brain: evolutionary correlates of brain structure volumes in Tanganyikan cichlids. PLoS One5(12), e14355.

[7] Meek, J. & Nieuwenhuys, R. (1998). Holosteans and teleosts. In The central nervous system of vertebrates (pp. 759-937). Springer Berlin Heidelberg.

[8] Butler, A. B. & Hodos, W. (2005). Comparative vertebrate neuroanatomy: evolution and adaptation. John Wiley & Sons.

[9] Marsh, O. C. (1874). Small size of the brain in tertiary mammals. Amer. J. Sci. 7:81–86.

[10] Romanes, G. J. (1883). Animal intelligence. Kegan, Paul, Trench, London.

[11] Jerison, H. J. (1973). Evolution of the brain and intelligence. Academic Press, New York.

[12] Heyes, C. & L. Huber. (eds.). 2000. The evolution of cognition. MIT Press, Cambridge, Massachusetts.

[13] Pepperberg, I. M. (2000). The Alex studies. Harvard University Press, Cambridge, Massachusetts.             

Fontes das imagens:

Feiticeira: https://www.smithsonianmag.com/science-nature/14-fun-facts-about-hagfish-77165589/

Lampreia: https://www.kidsdiscover.com/quick-reads/lampreys-ancient-threatened/

Celacanto: https://sciart.eu/hu/2010-04-01-1004/8/elo-kovuletek-bojtosuszos-halak

Piramboia: http://chc.cienciahoje.uol.com.br/wp-content/uploads/2013/02/

Squalomorpha: http://fishesofaustralia.net.au/home/species/2609

Polypteriformes: http://peixesdeaquario.com.br/peixes-2/peixes-de-agua-doce/polypterus-senegalus-albino/

Teto óptico: http://mountiesbiomontclair.blogspot.com/2016/06/fish-are-friends-not-food.html

 

2 COMENTÁRIOS

  1. Oi Natalia.
    Achei bem interessante o ponto de que “inteligencia” em si é algo que depende do observador e em qual aspecto estamos analisando o animal-não-humano.
    Saindo um pouco do escopo do texto, tenho uma dúvida que me surgiu após ler o “Sapiens” do Yuval: a revolução cognitiva, esse lampejo de entender o mundo de uma forma subjetiva e inventar realidades impalpáveis nos deu a capacidade de se organizar em grupos maiores por todos os indivíduos acreditarem numa mesma ideia e, por isso, confiarem uns nos outros sem se conhecer intimamente. Essa capacidade é ligada com o desenvolvimento de alguma parte específica do cérebro? Digo, em outros primatas ou mesmo nos animais em geral, observamos algum comportamento parecido em algum nível? Ou isso, de fato, é o ponto que nos torna únicos na natureza.

    • Olá Lucas, obrigado pela sua interação conosco!

      Uma observação: a Natália faz parte do corpo editorial do Filos e foi responsável apenas pela postagem do texto. O autor do texto é o Vitor Abrahão, um pesquisador especialista em neuroanatomia de peixes e entusiasta no assunto. Portanto, a resposta para sua pergunta foi feito por ele, ok?!

      Segue a resposta do autor:

      Muito interessante esse livro, assim como sua pergunta, Lucas. A região encefálica que é mais ligada ao comportamento e associa informações provenientes de outras regiões do encéfalo para o adequado processamento e respostas nesse quesito é o telencéfalo. Os primatas possuem essa região realmente muito desenvolvida em comparação com outros grupos de vertebrados. As pesquisas apontam para o telencéfalo como região responsável pelos comportamentos de agressividade, acasalamento, aprendizado, entre muitas outras. A questão do aumento nessa região, aumenta consigo suas conexões e isso pode ser associado com o aumento da complexidade comportamental, que pode ser observado em vários grupos de vertebrados. A questão dos humanos é, com certeza, um caso à parte. Nossa linhagem adquiriu a consciência do mundo ao seu redor e isso muda toda a forma comportamental em relação aos demais grupos animais. As emoções estão presentes em animais não-humanos, como quando se vê uma mãe elefante se lamentando pela morte de sua cria, ou defendendo-a até a morte. Porém, essas são somente emoções/reações instintivas numa tentativa de salvar seus genes. A mãe elefante não tem consciência da morte, não sabe como isso acontece. Isso torna a nossa linhagem diferente, pois temos a consciência dos fatos que ocorrem a nosso redor. Outro exemplo, uma abelha operária não tem consciência de que ela é uma abelha operária, ela nasceu, e conforme as condições ambientais internas e externas, é predestinada a ser operária. Essa abelha vai trabalhar em conjunto com a colmeia toda sem ter a consciência disso, essa informação está arraigada em seus genes. Em minha opinião, a revolução cognitiva e a crença do mito, como é especulada no livro do Harari, é resultado do desenvolvimento encefálico, que poder ser ligado ao telencéfalo, mas não resumido à essa região, junto com o desenvolvimento cultural de nossa espécie. A junção desses acontecimentos únicos, junto com o instinto de sobrevivência intrínseco a qualquer espécie nos faz ter o sucesso que temos.