Les vertébrés ont des tailles de cerveau extrêmement différentes : même avec la même taille corporelle, la taille du cerveau peut varier au centuple. En règle générale, les mammifères et les oiseaux ont le plus gros cerveau par rapport à leur taille corporelle, suivis par les requins et les reptiles. En revanche, les amphibiens et la plupart des poissons possèdent le plus petit cerveau de tous les vertébrés.
Pourquoi est-ce le cas ? Dans certains groupes d’animaux, les espèces qui vivent en groupe ont un cerveau plus gros que les espèces solitaires. Ils doivent faire face à des situations sociales en évolution rapide et ont donc besoin d’un cerveau plus puissant. De plus, les mammifères et les oiseaux, qui génèrent leur propre chaleur corporelle et ont donc une température corporelle plus élevée et plus stable, ont un cerveau plus gros que la plupart des autres vertébrés, dont la température corporelle est déterminée par la température ambiante. Mais jusqu’à présent, nous n’avons pas d’explication solide à cette différence. De plus, même au sein de ces groupes, des différences majeures subsistent.
Le tissu cérébral nécessite une quantité constante d’énergie. Contrairement à d’autres organes, le cerveau ne peut pas simplement s’arrêter pendant le sommeil ou les périodes de faim. Ainsi, lorsque le cerveau grossit, l’organisme doit trouver l’énergie nécessaire pour le fournir. Selon « l’hypothèse du cerveau coûteux », le cerveau ne peut se développer que s’il produit lui-même de l’énergie supplémentaire ou s’il améliore les chances de survie de l’organisme au point qu’il puisse se permettre de croître et de se reproduire plus lentement. Cela explique par exemple pourquoi les espèces de singes qui ne subissent pas de périodes de faim et donc de perte d'énergie tout au long de l'année ont un cerveau plus gros, et pourquoi le cerveau des oiseaux sédentaires est plus gros que celui des oiseaux migrateurs.
Des chercheurs de l'Institut Max Planck pour le comportement animal de Constance ont étudié si ces corrélations s'appliquaient à tous les vertébrés. Ils ont constaté que chez tous les groupes de vertébrés, la température corporelle a une influence significative sur la taille du cerveau. Les espèces qui peuvent garder leur corps constamment au chaud peuvent généralement se permettre des cerveaux plus gros, car ceux-ci sont plus efficaces dans des environnements chauds. Cela vaut également pour les espèces dites à sang froid qui vivent dans les eaux chaudes ou choisissent spécifiquement de tels endroits. De plus, selon les chercheurs, la taille de la progéniture limite également la taille du cerveau à l’âge adulte. Étant donné que le coût d'un gros cerveau par rapport au poids est particulièrement élevé pour les jeunes animaux, il est préférable de maintenir une valeur faible au début. Les lignées qui parviennent à la fois à garder leur corps au chaud et à produire de gros petits ont le plus gros cerveau pour une taille corporelle donnée.
Nous, les humains, avons eu la chance d’avoir le sang chaud. De plus, nos bébés sont gros et nourris pendant des années. Cela a permis l’évolution du plus gros cerveau de tous les vertébrés en termes de poids. »
Professeur Carel von Schaik, chef d'un groupe de collègues à l'Institut Max Planck du comportement animal
Une température corporelle constamment élevée était donc une condition préalable à l’évolution pour produire des cerveaux plus gros. Cependant, cette capacité s'est développée à l'origine pour d'autres raisons, probablement pour que les mammifères puissent rester actifs la nuit et que les oiseaux puissent voler sur de plus longues distances. Ce n’est qu’à ce moment-là que la porte s’est ouverte à la croissance du cerveau. En évolution, les innovations peuvent donc avoir des conséquences inattendues et ouvrir des possibilités complètement nouvelles.
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