Patterns of brain evolution within carnivoran mammals

MMichaud

Margot MICHAUD,
Former Fyssen 2019

Patterns of brain evolution within carnivoran mammals (Click here to see the poster) 

Abstract:
Encephalization, to be understood as a larger brain size than predicted for a given body size, is presumed to confer selective advantages due to enhanced cognition and broader behavioural flexibility. However, decades of research on brain evolution have produced conflicting results. In this study, we propose to investigate the effect of ecological adaptations, geographic and environmental factors, social complexity, and life-traits features on evolution of brain size in carnivoran species (wolfs, panthers, bears and relatives), using a broad-scale dataset of 174 species. Our results highlighted a complex pattern of brain evolution within this group with differences in both tempo and disparity between families. Moreover, our analyses suggested a strong influence of environmental and ecological factors on encephalization, with the average size of the geographic range being negatively correlated with encephalization in terrestrial carnivorans. In contrast, the relative brain size appears to be positively influenced by the average home range size. Finally, we founded no evidence in favour of the “Social Brain Hypothesis” often proposed to explain the increase of encephalisation in relation to the complexity of social environment. These results suggest that different selective forces might drive evolution of brain size in carnivoran species and will contribute to a more comprehensive understanding of how the vertebrate brain evolved.

Résumé:
L’encéphalisation, définie comme un cerveau relativement plus grand que celui attendu par rapport à la masse corporelle d’un animal, est présumée conférer un avantage sélectif en termes de cognition. Néanmoins, les raisons pour lesquelles certaines espèces possèdent un cerveau relativement plus volumineux que leurs proches parents restent controversées. C’est dans le but de mieux comprendre les mécanismes à l’origine de l’encéphalisation que nous avons étudié l’effet des adaptations écologiques, des facteurs géographiques et environnementaux, ainsi que de la complexité sociale et des traits de vie sur l’évolution de la taille du cerveau chez les Carnivora (loups, panthères, ours et autres proches parents).
Nous avons découvert un modèle d’évolution complexe au sein de ce groupe, avec des différences de tempo évolutif et une diversité de taille cérébrale importante en fonction des familles. Nos analyses ont notamment permis de mettre en évidence l’importance des facteurs environnementaux et écologiques sur la taille du cerveau. En particulier, cette étude montre que la taille de l’aire de répartition géographique d’une espèce est négativement corrélée à l’encéphalisation. En revanche, la taille relative du cerveau semble être positivement influencée par la taille moyenne du domaine vital. Enfin, nous n’avons trouvé aucune preuve en faveur de la « Social Brain Hypothesis » souvent proposée pour expliquer l’augmentation de la taille du cerveau au cours de l’évolution en relation avec la complexité de l’environnement social.
Notre étude suggère ainsi que l’encéphalisation chez les carnivores terrestres est le résultat d’un compromis évolutif entre, d’une part, les avantages cognitifs liés à un cerveau relativement volumineux qui permettrait aux espèces de s’adapter à des environnements spécifiques, et d’autre part, le coût métabolique très important du tissu cérébral qui constitue un désavantage quand il s’agit de coloniser de nouveaux milieux.

Cette étude constitue le premier chapitre d’un projet de recherche plus large ayant pour but d’améliorer notre compréhension des mécanismes de l’évolution du cerveau chez les vertébrés. La prochaine étape de ce projet portera sur l’étude de la forme du cerveau et se focalisera sur l’influence des adaptations écologiques et des facteurs sociaux ainsi que de l’impact de la captivité et de la domestication sur la forme du cerveau et des différentes aires cognitives.

Image associéeReconstruction de l’endocrâne d’une mangouste des marais (Atilax paludinosus) 

MMichaudLes recherches de Margot Michaud portent sur les relations entre l’évolution phénotypique à l’échelle macroévolutive et les adaptations écologiques. Elle s’intéresse plus particulièrement à l’évolution de la taille et de la forme cerveau chez les mammifères. Elle a soutenu sa thèse en 2019 au Muséum national d’Histoire naturelle de Paris (UMR 7205) durant laquelle elle a étudié l’évolution morphologique des structures osseuses chez les Carnivora (Mammalia). Bénéficiaire d’une allocation
postdoctorale de la Fondation Fyssen, elle travaille actuellement au Royal Museum for Central Africa, en Belgique (Tervuren), où elle explore de nombreuses problématiques en lien avec l’évolution du cerveau.