Die Frage nach dem Tier mit dem größten Gehirn im Verhältnis zur Körpergröße ist komplexer als es auf den ersten Blick scheint. Es geht nicht nur um die absolute Größe des Gehirns, sondern auch darum, wie diese Größe im Verhältnis zur Körpermasse des Tieres steht. Zudem ist auch die Frage, ob ein größeres Gehirn auch immer mit höherer Intelligenz einhergeht, nicht einfach zu beantworten.
Die absolute Gehirngröße
Das größte Gehirn im Tierreich hat nicht der Mensch, zumindest nicht absolut gesehen. Ein Walgehirn beispielsweise wiegt bis zu neun Kilogramm. Der Pottwal schwimmt sogar mit 8 bis 9 kg Gehirn durchs Meer. Und es enthält 200 Milliarden Neuronen, von denen ein menschliches Hirn »nur« rund 85 Milliarden besitzt. Unter den Landtieren sind die Elefanten die Spitzenreiter. Ihr Gehirn bringt es immerhin noch auf vier bis fünf Kilo. Das heißt aber nicht, dass der tierische Held aus dem Bestseller „Moby Dick“ auch das klügste Tier ist.
Die Größe allein ist nicht ausschlaggebend. Dennoch sind Menschen mit ihrem nur knapp 1,5 Kilo schweren Gehirn intelligenter als Pottwale oder Elefanten. Die Hirnmasse allein ist also nicht ausschlaggebend für die Intelligenz. Vielmehr korreliert die Größe des Gehirns mit der Körpergröße.
Das Verhältnis von Gehirn- zu Körpermasse
Geht es also um das Verhältnis Gehirn- zu Körpermasse? Wäre wiederum das Verhältnis Hirn- zu Körpermasse entscheidend, so wäre das Nördliche Spitzhörnchen (Tupaia belangeri) das intelligenteste Lebewesen. Der in Südostasien lebende, (ohne Schwanz) ca. 19 Zentimeter lange und 150 Gramm schwere Kleinsäuger hat in Relation zur Körpermasse das größte Gehirn aller Tiere (einschließlich des Menschen). "Da stehen die Spitzmäuse ganz oben", sagte Roth. Bei Spitzmäusen macht das Gehirn etwa 10 Prozent der Körpermasse aus.
Dennoch sind die Spitzhörnchen nicht intelligenter als Menschen und werden uns in absehbarer Zeit wohl nicht die Weltherrschaft streitigmachen. Auch hier ergibt sich also kein eindeutiger Zusammenhang. So haben Menschen ungefähr das gleiche Verhältnis von Hirn- zu Körpermasse wie Mäuse. Und doch sind wir intelligenter als die Nager.
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Weitere Faktoren für Intelligenz
Es sind also weder die absolute noch die relative Gehirngröße einzig und allein entscheidend für die Intelligenz. Vielmehr kommt es auch darauf an, wie effizient ein Gehirn arbeitet. Und dies ist wiederum von zahlreichen weiteren Faktoren wie z. B. seiner Energieversorgung abhängig.
Lars Chittka von der Queens Mary University of London und Jeremy Niven von der University of Cambridge mahnen hier jedoch zur Vorsicht. Zwar könne man von der Körper- auf die Gehirngröße schließen, aber ein Schluss von der Gehirngröße auf die Intelligenz sei nicht so einfach möglich. Zur Begründung verweisen sie auf die Honigbiene, deren Hirn nur ein Milligramm wiegt und kaum eine Million Neuronen besitzt. Gleichwohl ist dieses Insekt fähig zu zählen. Es kann Regeln erlernen, Objekte in verschiedene Kategorien einteilen sowie symmetrische und asymmetrische Formen unterschieden. Und es hat ein Gedächtnis für räumliche Zusammenhänge.
Bleibt die Frage, warum sich dann überhaupt große Gehirne entwickelt haben. Diese seien notwendig geworden, antworten die Forscher, um bei größeren Tieren etwa die zahlreichen Muskeln zu steuern, die Wahrnehmung und Gedächtnisleistung zu verbessern oder die parallele Verarbeitung von Informationen zu verstärken. Das bedeute aber nicht, dass größere Gehirne zwangsläufig zu einem höheren Grad an Komplexität führten. »Vielleicht könnte man sagen, dass Tiere mit größerem Gehirn größere Festplatten, aber nicht unbedingt bessere Prozessoren haben«, erläutert Chittka.
Sollte sich diese These als tragfähig erweisen, hätte sie vermutlich enorme Auswirkungen auf die Realisierung dessen, was man »Künstliche Intelligenz« (KI) nennt. Denn es wäre dann nicht mehr notwendig, die Arbeit von zig Milliarden Neuronen zu simulieren, um zu komplexen kognitiven Fähigkeiten zu gelangen. Tatsächlich haben Forscher den Nachweis erbracht, dass man hierfür gegebenenfalls nicht mehr neuronale Schaltkreise benötigt, als sich im Gehirn von Insekten befinden.
Die Evolution von Gehirn und Körpergröße
Forschende der Stony Brook University und des Max-Planck-Instituts für Verhaltensbiologie haben eine Zeitleiste zur Entwicklung von Gehirn und Körpergröße bei Säugetieren in den letzten 150 Millionen Jahren erstellt. Die Ergebnisse zeigen, dass das Verhältnis zwischen Hirn- und Körpergröße - das lange Zeit als Indikator für die Intelligenz von Tieren galt - im Laufe der Evolution keiner stabilen Skala gefolgt ist.
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Arten mit verhältnismäßig besonders großen Gehirnen wie Menschen, Delfine und Elefanten erreichten diese Proportionen auf unterschiedliche Weise: Elefanten nahmen zwar an Körpergröße zu, aber die Hirngröße stieg noch stärker. Delfine hingegen verringerten generell ihre Körpergröße, während die Hirngröße wuchs. Bei Menschenaffen findet sich ein allgemeiner Trend hin zu größeren Körpern und Gehirnen. Für die Autoren der Studie deuten diese komplexen Muster darauf hin, dass der Vergleich der Gehirn- mit der Körpergröße nicht immer ein gutes Maß für die Intelligenz einer Art darstellt.
„Auf den ersten Blick mag es unwichtig wirken den evolutionären Verlauf der Körpergröße zu berücksichtigen“, sagt Jeroen Smaers, Evolutionsbiologe an der Stony Brook University und Erstautor der Studie. „Schließlich haben viele der Säugetiere mit großen Gehirnen wie Elefanten, Delfine und Menschenaffen auch eine große relative Gehirngröße. Aber das ist nicht immer der Fall. Unter Berücksichtigung der Evolutionsgeschichte zeigt die aktuelle Studie, dass das tiefe Gehirn-Körpergrößen-Verhältnis des Kalifornischen Seelöwen ein Resultat von starken Selektionsdrücken auf die Körpergröße ist - wahrscheinlich, weil sich die Tiere auf eine halb-aquatische ökologische Nische spezialisiert haben, also ins Wasser zurückgekehrt sind.
“Wir haben das alte Dogma umgestoßen, dass die relative Gehirngröße einer Art ein Maß für ihre Intelligenz ist“, sagt Kamran Safi, Forscher am Max-Planck-Institut für Verhaltensbiologie und Letztautor der Studie. Dies sind aber alles Beispiele von großen Säugetieren. Bei Kleinsäugern sieht das Bild ein bisschen anders aus. “Überraschend ist, dass wir bei Säugern mit kleinen Gehirnen in evolutionären Verlauf durchgehend eine disproportionale Größenabnahme des Gehirns im Vergleich zur Körpergröße finden. Es scheint beinahe, als ob es eine bestimmte minimale Körpergröße gibt, die nicht unterschritten werden kann”, sagt die Fledermausbiologin Dina Dechmann, Forscherin am Max Planck Institut für Verhaltensbiologie und Koautorin der Studie. “Im Falle der Fledermäuse, den einzigen fliegenden Säugetieren, ist das auch einleuchtend. Fledermäuse bewegen sich am energetischen Limit und da ist es sinnvoll, das energetisch teuere Gehirn zu verkleinern und „unnötigen Ballast“, d.h.
Die Ergebnisse zeigen zudem, dass sich die Hirngröße nach zwei katastrophalen Ereignissen in der Erdgeschichte sprunghaft am stärksten veränderte: nach dem Massenaussterben vor 66 Millionen Jahren und einer Kimaveränderung vor 23 bis 33 Millionen Jahren. Etwa 30 Millionen Jahre später führte eine Abkühlung des Klimas zu noch tiefgreifenderen Veränderungen, wobei sich die Verhältnisse von Gehirn- und Körpergrößen bei Robben, Bären, Walen und Primaten verschoben.
„Es war eine große Überraschung für uns, dass ein Großteil der Variation in der relativen Gehirngröße von heute lebenden Säugetiere durch Veränderungen erklärt werden kann, die ihre Vorfahren nach diesen katastrophalen Ereignissen durchmachten“, sagt Jeroen Smaers. Dazu gehört auch die Evolution der größten Säugetiergehirne, wie die der Delfine, Elefanten und Menschenaffen, die alle ihre extremen Proportionen nach der Klimaveränderung vor 23 bis 33 Millionen Jahren entwickelten.
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Der Mensch als Sonderfall
Der Mensch unterscheidet sich von seinen nächsten Verwandten unter den Primaten morphologisch gesehen hauptsächlich durch drei bereits fossil dokumentierbare biologische Merkmale: ein stark vergrößertes Gehirn, den aufrechten Gang sowie einen umgestalteten Kauapparat.
Mit einem Volumen von 1230 Kubikzentimetern im weltweiten Durchschnitt ist das menschliche Gehirn ungefähr dreimal so groß wie das der Großen Menschenaffen - beim Gemeinen Schimpansen sind es 385, beim Orang-Utan 405 und selbst beim Gorilla nur 495 Kubikzentimeter im Schnitt. Der Erwerb des aufrechten Ganges - einmalig unter Lebewesen - zog wiederum weitere auffällige Unterschiede in Körperbau und -funktion zwischen Mensch und Menschenaffen nach sich; so sind die Hände, nachdem sie die Fortbewegung nicht mehr unterstützen müssen, frei für andere Aufgaben. Und schließlich haben sich Kiefer und Gebiß grundlegend gewandelt, am auffälligsten die Eckzähne: ehemals groß und dolchähnlich, wurden sie klein und schneidezahnähnlich.
Besonderes Interesse gilt dabei der Evolution des menschlichen Gehirns, ist doch der bisherige Erfolg unserer Art allem Anschein nach zuvorderst unserer herausragenden Intelligenz zu verdanken, die wiederum offensichtlich irgendetwas mit der auffälligen Größe unseres Denkapparates zu tun hat. Untersuchungen des Hirnvolumens und seiner Bedeutung für das Verhalten spielen deshalb in der Erforschung der menschlichen Evolution eine herausragende Rolle.
Allometrische Analyse
Analyse und Vergleich von Hirnkapazitäten sind allerdings auch nicht so einfach, wie es zunächst scheinen mag. Die Größe des Gehirns hängt nämlich stark von der des Körpers ab. Betrachtet man eine Reihe verwandter Säugetiere, die sich - wie etwa Mitglieder der Familie der Katzen oder verschiedene Hunderassen - im wesentlichen nur in ihrer Statur unterscheiden, dann haben die jeweils größeren und schwereren immer auch ein größeres Gehirn. Die absoluten Werte sind somit keine sinnvolle Vergleichsbasis: Das heute gewaltigste Landtier, der Elefant, hat ein viermal so großes Gehirn wie der Mensch, und das liegt offensichtlich in erster Linie an seiner größeren Körpermasse und nicht an seiner höheren Intelligenz.
Verschiedene biologische Parameter lassen sich auf diese Weise in Beziehung setzen und analysieren: Die jeweiligen Meßwerte trägt man in Abhängigkeit von der Körpergröße (beziehungsweise dem Körpergewicht) doppeltlogarithmisch auf und zeichnet die der Punkteverteilung am besten entsprechende Gerade ein; ihre Steigung liefert den Exponenten und damit die allgemeine Abhängigkeit des betrachteten Parameters von der Körpermasse - im Falle der Gehirngröße von Säugern ist es ein Exponent von 0,75.
In der Abweichung einzelner Arten von dieser Geraden spiegeln sich spezielle Anpassungen wider. Die stärkste Abweichung nach oben ergibt sich dabei für den Menschen; er hat also, gemessen nach solch einer bereinigenden Prozedur, tatsächlich das größte Gehirn unter den Säugern. Wir haben somit eine verläßliche Methode, den Menschen mit anderen Arten seiner Klasse - fossil oder lebend - zu vergleichen.
Oft wird behauptet, alle Primaten und nicht nur Menschen hätten größere Gehirne als andere Säugetiere. Das gilt jedoch weder für das absolute Hirngewicht - der Elefant ist nur ein Gegenbeispiel - noch für das proportionale, ausgedrückt in Prozent des Körpergewichts: Bei den kleinsten unter den bisher untersuchten lebenden Säugern - winzigen Mäusen und Fledermäusen - ist der Prozentwert weit höher als bei allen lebenden Primaten, und selbst den Menschen übertreffen sie darin um das Zehnfache.
Die Behauptung trifft auch nicht bei doppeltlogarithmischer Darstellung zu, die allometrische Effekte der Körpermasse berücksichtigt. Dann sind die Säuger mit dem nach dem Menschen relativ nächstgrößeren Gehirn nicht etwa andere Primaten, sondern Delphine und ihre Verwandten. Die tierischen Primaten überschneiden sich sogar erheblich mit anderen Säugern, und einige wenige Halbaffenarten liegen noch unter dem Klassendurchschnitt. Somit ist klar: Erwachsene nicht-menschliche Primaten haben keine größeren Gehirne als alle anderen Säugetiere; lediglich eine allgemeine Tendenz zu einem relativ großen läßt sich den meisten zubilligen.
Es gibt dennoch einen eklatanten Unterschied - wenn man statt des Erwachsenenstadiums die Fetalentwicklung betrachtet. Wie detaillierte Untersuchungen ergeben haben, macht das Gehirn in dieser Phase bei fast allen Säugern stets rund sechs Prozent des fetalen Körpergewichts aus. Die einzige Ausnahme sind die Primaten mit nahezu zwölf Prozent. In jedem ihrer Entwicklungsstadien vor der Geburt haben sie demnach etwa doppelt so viel Hirngewebe wie ein anderer Säugerfetus gleichen Körpergewichts.
Auch bei der Geburt besteht noch ein klarer Unterschied zu anderen Säugern, er verwischt sich aber später durch das unterschiedliche Wachstum von Gehirn und Körper. Das im Verhältnis höhere Startgewicht des Primatengehirns ist dennoch von Bedeutung; wie wir noch sehen werden, hat das wichtige Folgen für den Energiehaushalt.
Werkzeuggebrauch als Faktor?
Zur Frage, warum sich das Gehirn im Laufe der menschlichen Evolution so dramatisch vergrößert hat, gibt es verschiedene Erklärungsversuche. Einige beziehen sich allein auf spezifische Merkmale unserer Gattung und lassen sich, weil lediglich eine - unsere - Spezies überlebt hat, nur am verfügbaren Fossilmaterial überprüfen. Als Vertreter repräsentativer Etappen in der Entwicklung der Hominiden, der Menschenartigen, können wir Australopithecus africanus, Homo habilis, Homo erectus und schließlich Homo sapiens nehmen, wenn sie auch mit ziemlicher Sicherheit nicht einer direkten Stammeslinie angehören. Sie stehen für Stadien, die jeweils grob gesehen rund eine Million Jahre auseinanderliegen.
Eine verbreitete Hypothese besagt, der erste Anstoß zur Vergrößerung des menschlichen Gehirns sei von der aufkommenden Herstellung von Werkzeugen ausgegangen, und die weitere Vergrößerung hinge direkt mit deren zunehmend raffinierterer Gestaltung zusammen. Auf den ersten Blick scheint das mit den fossilen Belegen übereinzustimmen. Das durchschnittliche Gehirn eines A. africanus liegt mit 440 Kubikzentimetern noch im Bereich jener der drei modernen Großen Menschenaffen. Mehr Volumen haben erst Schädel, die H. habilis - dem frühesten bekannten Vertreter der Gattung Homo - zugeschrieben werden (durchschnittlich 640 Kubikzentimeter). Aus ungefähr derselben Zeit stammen auch die ersten verläßlich identifizierbaren absichtlich bearbeiteten Steinwerkzeuge.
Mehrere Fachleute sehen darin eine Bestätigung der Hypothese; dabei lassen sie jedoch die beschriebene allometrische Beziehung zwischen wachsender Körpermasse und Hirngröße außer acht. Alle Schädel von A. africanus, die so weit erhalten sind, daß sich auch ihr Rauminhalt messen läßt, stammen von kleinen Individuen; ihr durchschnittliches Körpergewicht von 30 Kilogramm lag unter dem der modernen Großen Menschenaffen. Berücksichtigt man den Einfluß des Körpergewichts, übertreffen diese Australopithecinen die Großen Menschenaffen in der relativen Hirngröße um mindestens 50 Prozent (während diese sich darin nicht von den Tieraffen unterscheiden). Die Zunahme an Gehirn - relativ zur Körpergröße - war also bereits im Gang, bevor überhaupt irgendwelche Steinwerkzeuge von Hominiden sicher belegt sind.
Somit gibt es keinerlei überzeugende Verbindung zwischen dem Aufkommen gezielt bearbeiteter Werkzeuge und dem Beginn der Vergrößerung des menschlichen Gehirns.
Nahrungssuche und Sozialleben
Was aber könnte sonst die Ursache sein? Erklärungsmodelle, die auf Vergleichen zwischen Primaten allgemein beruhen, sind überzeugender, weil sie sich auf generelle Prinzipien gründen lassen, statt auf speziell auf den Menschen ausgerichtete Argumente (wie die Herstellung von Werkzeugen), die womöglich schwer zu überprüfen sind.
Oft wird als gegeben angesehen, daß in der Ordnung der Primaten irgendein Zusammenhang zwischen relativer Hirngröße und Intelligenzgrad bestehe, und zwar soll sich dies wiederum hauptsächlich im Bereich der Nahrungssuche und des Sozialverhaltens zeigen. Gerade wachsende Komplexität des Lebens in Gruppen ist als mögliche Erklärung speziell für die Zunahme des menschlichen Hirnvolumens vorgeschlagen worden, wobei der Ausbildung des Sprachvermögens eine wichtige Funktion zugeschrieben wird.
Die Vermutung, die relative Hirngröße hänge unmittelbar mit den Erfordernissen der Nahrungssuche zusammen, rührt von der Beobachtung her, daß laubfressende Primaten gewöhnlich relativ kleinere Gehirne aufweisen als fruchtfressende. Unter den Altweltaffen beispielsweise haben die Schlank- und Stummelaffen (Unterfamilie Colobinae), die sich überwiegend von Blättern ernähren, durchweg kleinere Relativwerte als die Meerkatzen und deren Verwandte (Unterfamilie Cercopithecinae), die Früchte bevorzugen.
Ähnliches beobachtet man unter den Neuweltaffen. Hier ist sogar ein unmittelbarer Vergleich möglich, weil die sich überwiegend von Früchten ernährenden Klammeraffen mit 7,5 und die Brüllaffen, deren Kost reich an Blättern ist, mit 6,6 Kilogramm annähernd gleich schwer sind: Trotz des nur wenig höheren Körpergewichts ist das Gehirn der Klammeraffen doppelt so groß.
Aus solchen Befunden haben verschiedene Wissenschaftler geschlossen, Fruchtfresser benötigten sozusagen mehr Gehirn, weil ihre Nahrung im Wald schwieriger zu finden sei als Blätter. Daß die Bewältigung dieser Aufgabe eine größere Kapazität des Zentralnervensystems erfordere scheint auf den ersten Blick durchaus einleuchtend.
Andere Forscher meinen hingegen, ein relativ großes Gehirn habe bei Primaten nichts mit der Nahrungssuche, wohl aber mit dem Leben in Sozialverbänden zu tun, das ein hohes Maß an abgestimmtem Verhalten wie gemeinsames Planen und Handeln sowie Kommunikation verlangt. So zeigte sich in mehreren Untersuchungen ein möglicher Zusammenhang zwischen der Stärke der Gruppe und der relativen Größe entweder des ganzen Gehirns oder bestimmter Teile davon. Auch hier scheint die Argumentation plausibel: Primaten, die in großen Verbänden leben und darum mutmaßlich in ein kompliziertes Netz von Beziehungen eingebunden sind, bräuchten eben mehr Hirnleistung als jene in kleinen Gruppen oder Einzelgänger.
Großkatzen und ihr Sozialverhalten
Im Journal "Biological Journal of the Linnean Society" beschreiben Wildtierforscher um Nobby Yamaguchi von der Universität Oxford nun, dass sie Schädel von Großkatzen in Museen vermessen haben. Mit dem erstaunlichen Ergebnis, dass das Volumen der Hirnschale im Verhältnis zur Körpergröße nicht bei den sozialen Großkatzen am größten war, sondern bei den einzelgängerischen Tigern. "Offenbar ist der soziale Lebensstil doch nicht für die Hirngröße entscheidend", schreiben die Forscher.
Löwen beispielsweise sind sehr sozial, jagen in Rudeln und bilden familienähnliche Verbände. Tiger hingegen sind asozial: Sie streifen als Einzelgänger umher und lassen sich höchstens während der Paarungszeit auf Kämpfe mit Rivalen oder auf einen Paarungsakt ein.
Für Großkatzenfans war es deshalb auch kaum eine Frage, ob Tiger, Leoparden, Jaguare oder Lösen das kleinste Gehirn haben.