Hur ser egentligen sambandet ut mellan socialt beteende och evolutionen av hjärnans form och funktion? Det ska en forskargrupp bestående av matematiker, evolutionsbiologer, genetiker och statistiska analytiker försöka svara på. För att lyckas ska de specialstudera en vanlig akvariefisk, guppyn.
Projektanslag 2013
Linking social behavior to the brain
Huvudsökande:
David Sumpter, professor i matematik
Medsökande:
Stockholms universitet
Niclas Kolm
Uppsala universitet
Kristiaan Pelckmans
University College London
Judith Mank
Lärosäte:
Uppsala universitet
Beviljat anslag:
23,1 miljoner kronor under fem år
En av de klassiska hypoteserna till varför vissa djur har stora hjärnor är att de lever i stora grupper med komplexa sociala samspel som kräver stor kognitiv förmåga, det vill säga stor förmåga att ta emot, bearbeta, reagera på och använda information.
– Det är en etablerad idé men den är långt ifrån bevisad. Hos vissa djurgrupper hittar vi en koppling mellan hjärnstorlek och gruppstorlek men inte hos andra, berättar en av forskarna i projektet, Niclas Kolm vid Stockholms universitet.
För att testa och utveckla hypotesen jobbar forskarna med guppyer. Det finns flera anledningar till detta val av modelldjur. För det första har guppyer relativt kort generationstid, i laboratoriemiljö kan de få ungar vid tre månaders ålder. För det andra föder de levande ungar, vilket gör att de är ganska lika oss människor och andra högre ryggradsdjur. För det tredje är guppyer en relativt välstuderad art och man vet därför redan mycket om bland annat fiskens ekologi, evolutionsbiologi och genetik.
För några år sedan startade Niclas Kolm ett projekt för att få fram avelslinjer, grupper av guppyer med olika stora hjärnor.
– Vi har låtit individer med stora hjärnor para sig med varandra och individer med små hjärnor para sig med varandra. Idag, efter flera guppygenerationer, har vi en skillnad på elva procent i hjärnstorlek. Nu vill jag använda de här guppylinjerna för att testa alla möjliga hypoteser som har med hjärnans evolution att göra.
Bild av evolutionär länk
Projektets mål är att ge en komplett bild av den evolutionära länken mellan socialt beteende och utveckling av hjärnan hos ryggradsdjur. Den centrala frågeställningen handlar om hur sambandet mellan socialt beteende och hjärnans form och funktion ser ut. Inom denna frågeställning ryms många delfrågor, till exempel: Vad är socialt beteende hos fiskar och går det att kvantifiera? Hur snabbt kan socialt beteende evolvera? Hur påverkas hjärnans komplexitet och funktion av selektion på social förmåga? Vad händer med det sociala beteendet om hjärnans morfologi förändras? Och vad finns det för kostnader respektive kognitiva fördelar med att ha en hjärna som kan hantera mer komplexa sociala situationer?
– I tidigare studier har vi lyckats visa en del vinster och kostnader med att utveckla en större hjärna. Vi vet till exempel att guppyer med stora hjärnor är bättre på att hitta mat och klara sig ifrån rovfiskar, men också att de betalar ett pris i form av ett mindre tarmsystem och färre ungar per kull.
Forskargruppen, som kommer att bestå av 10–15 personer, kombinerar tekniker från flera olika vetenskapliga discipliner. Niclas Kolm och hans medarbetares roll i projektet är att fortsätta avla fram olika guppylinjer, nu även utifrån socialt beteende och utifrån storlek på olika delar av hjärnan. Projektledaren David Sumpter, Uppsala universitet, utvecklar matematiska modeller som beskriver hur olika guppyindivider bör röra sig och bete sig i stim beroende på om de har enkla eller mer avancerade kognitiva förmågor. Sedan testas de matematiska modellerna i experiment på de olika guppylinjerna. Experimenten filmas och Kristiaan Pelckmans, Uppsala universitet, utvecklar metoder för att kvantifiera komplexa sociala beteenden hos stora grupper av individer. Han utvecklar också metodiken för snabbare analys av detaljerade hjärnstrukturer för stora stickprover med hjälp av en avancerad magnetkamera, en så kallad MRI-skanner.
De svenska forskarna samarbetar också med Judith Mank vid University College London. Hennes uppgift är att med moderna genetiska metoder kartlägga den genetiska bakgrunden till variationerna i socialt beteende och hjärnans morfologi som studeras och genereras med selektionsförsök på guppylabbet och i vilda populationer av guppy.
Vad mäta?
Projektets stora utmaning handlar om den matematiska modelleringen och hur man ska kunna mäta fiskarnas sociala beteenden.
– Till att börja med är frågan vad vi ska mäta. Det är så otroligt många variabler att hålla reda på när det gäller hur en individ i en grupp förhåller sig till andra individer i gruppen. Hur svänger till exempel en individ i förhållande till hur andra individer i gruppen svänger? Vad händer med gruppen när en individ simmar saktare, fortare eller stannar? Vilka är reglerna som individer använder sig av för att röra sig tillsammans?
Projektet kan på sikt visa sig vara viktigt ur ett samhällsperspektiv eftersom det kan ge oss nya kunskaper om vår egen hjärna. Dessutom är det, enligt Niclas Kolm, ett väldigt stimulerande projekt.
– Människan har tampats med frågan om hjärnans evolution i hundratals år. Vad som driver hjärnans evolution är ett av de stora olösta problemen som kvarstår inom evolutionsbiologin. Att som forskare få möjlighet att försöka lösa detta svåra problem är naturligtvis väldigt roligt. Dessutom är det superkul att få vara en del av ett sådant här starkt forskarlag som vi lyckats få ihop i det här projektet.
Text Anders Esselin
Bild Magnus Bergström
