大脳皮質の神経細胞の密度が高く、小脳が大きいため、深海棲の歯付きクジラと比較して、デルフィカイド類の潜水時間が制限されている可能性がある

Higher neuron densities in the cerebral cortex and larger cerebellums may limit dive times of delphinids compared to deep-diving toothed whales.

• Sam H Ridgway
• Robert H Brownson
• Kaitlin R Van Alstyne
• Robert A Hauser

抄録

1950年代のTowerの研究以来、私たちはより大きな脳の大脳皮質ではニューロン密度が低いと予想されるようになりました。我々は、783gから6215gまでのイルカの脳を研究した。予想通り、大脳皮質の4つの領域の平均ニューロン密度は、最小の脳から最大の脳に向かって減少しました。小型のイルカよりもニューロン密度が低いにもかかわらず、シャチはヒトを含むどの哺乳類よりも多くの灰白質と皮質ニューロンを持っています。イルカ以外の歯付きクジラの研究を始めるために、私たちはピグミーマッコウクジラの596gの脳と、クビタキクジラの2004gの脳を測定しました。これら2つの脳のNissl染色された皮質のニューロン密度をイルカの脳と比較した。イルカ以外の脳では、6215gの脳であっても、すべてのイルカの脳に比べてニューロン密度が低かった。私たちが調査したクチバシクジラとピグミーマッコウクジラは、イルカよりもはるかに深く、長い時間潜っていました。例えば、チビクジラは1時間以上、ピグミーマッコウクジラは30分以上潜ることもあります。対照的に、私たちが調査したイルカの潜水時間は5分か10分に制限されています。脳の代謝がイルカの潜水を制限している一つの特徴かもしれません。脳は、体内で利用可能な酸素を過剰に消費しています。最も多くの酸素は大脳皮質と小脳灰白質によって使用されています。イルカの脳は大きく、小脳は大きく、大脳皮質ニューロンの数は体の大きさから予想されるよりも多いのです。脳が小さく、小脳が小さく、皮質ニューロンの数が少ないために、クチバシクジラやピグミーマッコウクジラはイルカよりも長く深く潜ることができる可能性があります。より多くの灰白質、より多くのニューロン、そしてより大きな小脳がイルカの短い浅い潜水を制限しているかもしれませんが、これらの特徴はイルカに何らかの優位性を与えているに違いありません。例えば、海の上層部では、捕らえどころのない高カロリーの獲物を捕まえることができるかもしれません。

Since the work of Tower in the 1950s, we have come to expect lower neuron density in the cerebral cortex of larger brains. We studied dolphin brains varying from 783 to 6215g. As expected, average neuron density in four areas of cortex decreased from the smallest to the largest brain. Despite having a lower neuron density than smaller dolphins, the killer whale has more gray matter and more cortical neurons than any mammal, including humans. To begin a study of non-dolphin toothed whales, we measured a 596g brain of a pygmy sperm whale and a 2004g brain of a Cuvier's beaked whale. We compared neuron density of Nissl stained cortex of these two brains with those of the dolphins. Non-dolphin brains had lower neuron densities compared to all of the dolphins, even the 6215g brain. The beaked whale and pygmy sperm whale we studied dive deeper and for much longer periods than the dolphins. For example, the beaked whale may dive for more than an hour, and the pygmy sperm whale more than a half hour. In contrast, the dolphins we studied limit dives to five or 10 minutes. Brain metabolism may be one feature limiting dolphin dives. The brain consumes an oversized share of oxygen available to the body. The most oxygen is used by the cortex and cerebellar gray matter. The dolphins have larger brains, larger cerebellums, and greater numbers of cortex neurons than would be expected given their body size. Smaller brains, smaller cerebellums and fewer cortical neurons potentially allow the beaked whale and pygmy sperm whale to dive longer and deeper than the dolphins. Although more gray matter, more neurons, and a larger cerebellum may limit dolphins to shorter, shallower dives, these features must give them some advantage. For example, they may be able to catch more elusive individual high-calorie prey in the upper ocean.