Étant donné à quel point nous sommes fiers de nos gros cerveaux, c'est ironique que nous n'ayons pas encore compris pourquoi nous les avons. Une idée, appelée hypothèse du tampon cognitif, est que l'évolution des gros cerveaux est motivée par les avantages adaptatifs de pouvoir monter rapidement, réponses comportementales flexibles aux changements environnementaux fréquents ou inattendus.

Il est difficile de tester cette idée sur des humains car il n'y a qu'une seule espèce vivante dans le genre Homo. Des oiseaux, selon Carlos Botero, professeur assistant de biologie en Arts &Sciences à l'Université de Washington à St. Louis, sont une autre affaire. Il existe de nombreuses espèces, ils ont une gamme de tailles de cerveau et ils vivent partout. De plusieurs façons, ils constituent le groupe idéal pour tester cette hypothèse.

En tant que jeune universitaire, Botero a pu montrer comment les moqueurs qui vivent dans des habitats variables ont des chants plus élaborés. Étant donné que la complexité de la chanson est un indicateur de la capacité d'apprentissage, cette découverte semble soutenir l'hypothèse du tampon cognitif.

Mais, après un moment, il a commencé à réfléchir à des explications alternatives pour ses résultats. L'hypothèse exige que les gros cerveaux améliorent la survie, mais l'étude de Botero ne l'a pas montré. Et cela n'a pas réglé un problème crucial de synchronisation :les grands cerveaux ont-ils évolué dans des habitats variables, ou ont-ils évolué ailleurs et ont-ils ensuite facilité la colonisation des milieux hostiles ? Cependant, l'étude sur les oiseaux moqueurs n'a pas remonté le temps.

Alors avec Trevor Fristoe, associé postdoctoral en biologie à l'Université de Washington et le biologiste canadien Andrew Iwaniuk de l'Université de Lethbridge, Botero a décidé de démêler les hypothèses derrière l'hypothèse du tampon cognitif et de tester chacune d'entre elles séparément.

Leur étude, publié le 25 septembre dans Écologie et évolution de la nature , ont montré que les gros cerveaux n'étaient pas plus susceptibles d'évoluer dans des habitats variables que dans des habitats stables, de sorte que cette partie de l'hypothèse n'a pas été prise en charge. Mais cela a également montré que les oiseaux les plus intelligents étaient mieux à même de coloniser les saisons, endroits imprévisibles. Ainsi, les oiseaux dotés d'un gros cerveau ont pu se déplacer dans un plus large éventail d'environnements.

"Les résultats étaient assez surprenants, " dit Fristoe. " Dans la première partie de l'étude, nous avons montré qu'un gros cerveau donne vraiment aux oiseaux un avantage de survie dans des environnements variables. Donc le mécanisme fonctionne. Mais cela a rendu les choses d'autant plus déroutantes lorsque la deuxième partie de l'étude a montré que les gros cerveaux évoluaient souvent dans des habitats stables et non variables."

Botero est le premier à reconnaître que la taille du cerveau est une mesure imparfaite de la cognition, un terme qui a lui-même de nombreuses définitions.

Ce que les scientifiques ont examiné n'était pas la taille absolue du cerveau, mais la différence entre la taille du cerveau et la taille du cerveau statistiquement prédite pour la taille du corps de l'oiseau. "Une autruche semble avoir un cerveau énorme, mais par rapport à sa taille, ce n'est vraiment pas impressionnant, " dit Botero. " Un corbeau n'est pas beaucoup plus gros qu'un poulet, mais son cerveau est proportionnellement beaucoup plus massif.

"La corrélation entre la taille relative du cerveau et la capacité cognitive est meilleure pour les oiseaux que pour les mammifères, " a déclaré Botero. " Bien que la taille relative du cerveau soit une métrique bruyante, c'est toujours l'un des meilleurs moyens dont nous disposons pour mesurer les différences liées au cerveau entre les espèces à de grandes échelles taxonomiques.

« Tout ce domaine est semé d'embûches.

Botero et Fristoe ont d'abord testé l'hypothèse selon laquelle un cerveau plus gros donnait aux oiseaux un avantage de survie en analysant les données recueillies par le Breeding Bird Survey, une énorme base de données d'observations d'oiseaux qui est utilisée pour surveiller les populations d'oiseaux d'Amérique du Nord. Chaque année depuis 1966, les ornithologues amateurs ont suivi des itinéraires préétablis pendant la haute saison de reproduction, s'arrêtant pendant trois minutes à des endroits désignés pour compter tous les oiseaux qu'ils peuvent entendre ou voir.

"Nous avons parcouru toutes les données pour l'Amérique du Nord, toutes les espèces pour lesquelles nous connaissions la taille du cerveau, et a proposé une métrique pour la stabilité de la population, ajustement pour d'autres facteurs qui peuvent affecter la stabilité tels que la taille de la couvée et si l'oiseau est migrateur ou non, " dit Botero.

Ils ont caractérisé les conditions environnementales sur la même période avec les données d'ecoClimate, une base de données ouverte de simulations climatiques, et les données des observations de la Terre de la NASA.

"Nous avons montré que les espèces dotées de gros cerveaux maintiennent des populations stables dans des environnements où la température, les précipitations ou la productivité changent beaucoup, et les espèces avec des cerveaux plus petits s'en sortent moins bien, " dit Botero.

« Donc, le mécanisme que les gens proposaient semble vraiment fonctionner, ", a-t-il déclaré. "Les gros cerveaux améliorent la survie lorsque les conditions environnementales changent fréquemment et de manière inattendue."

Les scientifiques étaient maintenant prêts à s'attaquer au problème principal. "L'hypothèse du tampon cognitif affirme que les cerveaux sont devenus plus gros parce que les espèces étaient exposées à des environnements plus variables, " dit Botero. " C'est logique, mais est-ce vrai ?"

Pour que l'hypothèse soit vraie, les conditions variables devaient se produire en premier, et cela signifiait que les scientifiques devaient trouver un moyen de reconstruire les caractéristiques des oiseaux et des environnements qui ont disparu il y a longtemps.

Pour faire ça, ils ont recherché des corrélations évolutives entre les transitions de la taille du cerveau et la variabilité de la température et des précipitations des habitats spécifiques aux espèces dans une phylogénie globale des oiseaux (un diagramme qui représente l'ordre dans lequel les espèces auraient évolué à partir d'un ancêtre commun).

"Nous avons constaté que les gros cerveaux sont également susceptibles d'évoluer dans des endroits où les conditions sont variables et dans des endroits où les conditions sont stables. Nous ne voyons aucune différence entre les deux, " dit Botero.

"Mais nous avons constaté que les environnements variables sont plus susceptibles d'être colonisés par des espèces qui avaient déjà de gros cerveaux, " dit-il. " Cela explique pourquoi, quand nous sortons aujourd'hui, nous trouvons une association entre les gros cerveaux et les environnements variables. Et probablement pourquoi sa précédente étude a révélé que les meilleurs chanteurs parmi les moqueurs vivaient dans des habitats variables.

Nous savons donc maintenant qu'un gros cerveau a aidé des espèces comme le grand corbeau à s'étendre dans la variété des habitats où elles vivent aujourd'hui, mais nous ne savons toujours pas pourquoi les corbeaux et même les humains ont développé de gros cerveaux en premier lieu. Botero et Fristoe y réfléchissent.