自然界的一个线性关系，实际上是曲线！脑是最神秘的器官之一。不同物种的脑在大小、形态和结构上各不相同。人们很早就注意到了一种有意思的趋势：动物脑的尺寸似乎和它们的体质量有关。但是，这种关系又似乎很难用一种简单的线性来概括。恒温动物的脑与体型之间的数学关系在不同分类学层面上各不相同。能否找到一种更具概括性的特征或者更精确的描述，一直是一个难题。
近日，发表在《自然·生态学与进化》上的一项新研究厘清了几个世纪以来围绕脑的尺寸进化的争议。团队收集了大约1500个物种的脑和体型大小的庞大数据集，解决了这个长期的争议。他们发现，那些体型最大的动物的脑并没有按比例变大。另外，他们还发现人脑的尺寸进化趋势也非常惊人。研究中使用的哺乳动物系统发生树，分支根据相对脑质量进化的速率着色。更长的分支代表相对脑尺寸进化加速的类群。解开难题。
在过去一个世纪间，科学家一直用一种线性对数函数的模型来描述脑部和体型的关系，简单来说，脑尺寸的对数和体型的对数具有线性的关系——动物体型越大，脑尺寸也更大。但是，对哺乳动物和鸟类更精确的研究发现，在不同的分类水平上，这道公式在具体数值上的差异非常明显。一些科学家认为，数值差异或许只是统计上的错觉。但也有人提出，这个问题背后可能和进化有关，尤其是两个特殊的宏观进化原则。
著名的科普法则（Cope's rule）表明，进化更晚的类群往往有更大的身体。而一项被称为马什-拉特法则（Marsh-Lartet rule）的假说则提出，进化更晚的类群往往拥有更大的脑。在这两条法则的共同作用下，这种线性关系之间的数值差异或许就能解释。在这项新研究中，研究人员收集了更大的数据集，并利用创新的系统发生学方法发现，问题的关键或许在“线性”上。
哺乳动物的脑和体质量之间的对数关系其实更适合用曲线关系来描述。具体来说，随着哺乳动物体质量的增加，脑质量随身体质量增加的速率会降低。换言之，体型最大的那些动物并没有按比例变大的脑，它们的脑部比预期的要小一些。由于在鸟类身上也观察到了类似的趋势，因此这种模式看起来似乎是一种普遍现象。研究人员猜想，在这些体型最大的动物中，有某种因素阻止了脑部变得过大。
也许是因为大到超过一定尺寸的脑的维持成本太高，但这种说法还有待进一步确认。马什-拉特法则？研究揭示了所有哺乳动物的脑和体型大小之间的更简单联系，也让研究人员能找出那些打破常规的物种。他们注意到，马什-拉特法则在哺乳动物中并不是一种普遍趋势。符合马什-拉特法则的脑尺寸变化猜想的动物主要有三类，分别是灵长动物、啮齿动物和肉食动物。在这三类中，相对脑尺寸有随时间而增加的趋势。
值得注意的是，灵长动物随着时间的推移，脑部质量相对于体质量的增速最高。尤其是，人脑的变化速度相当惊人，是其他哺乳动物的23倍，造就了如今人类特有的硕大的脑。一些因素可能导致了类人猿脑尺寸和人类认知能力的快速增长，比如脑-行为的适应性转变。此外，生态因素，包括社会性、觅食和父母的供养，以及促进信息感知、处理、决策和运动执行的关键形态学和生理学的发展，可能都帮助了脑部增长。
这些为人脑的发展提供了潜在的解释。此外，人类也并不是唯一一个突破常规的物种。几乎所有哺乳动物群体都展现出了相对快速的突变，既有向更小的脑进化的，也有向更大的脑进化的。例如，蝙蝠刚出现时迅速缩小了脑尺寸，但随后相对脑尺寸的变化速度则非常缓慢，这表明可能存在着与飞行需求有关的进化限制。研究人员表示，这项结果有助于解决脑与体质量关系中令人费解的复杂性。
他们的新模型简单直接，这意味着，只要用一个基本模型就能研究脑的相对大小。