Цена содержания мозга
Интуитивно ясно, что больший по размеру мозг должен потреблять больше энергии, точно так же как крупные организмы потребляют больше энергии, чем организмы мелкие. Метаболическая цена известна с тридцатых годов, когда Макс Клейбер установил, что потребление энергии возрастает пропорционально увеличению массы тела, возведенной в степень +0,75. Этот показатель степени говорит, что при десятикратном увеличении массы тела потребление энергии увеличивается в 5,6 раза, а при увеличении массы тела в сто раз – в 31,6 раза. Увеличение энергетических потребностей с увеличением массы имеет определенный смысл: поддержание жизни клеток требует энергии, и чем больше в клетке вещества, которое надо поддерживать в высокоорганизованном состоянии, ибо энтропийное равновесие означает смерть, тем больше требуется энергии. Но почему и каким именно образом требуемое количество энергии возрастает вместе с увеличением клеточного объема или массы тела не линейно, а в степенной зависимости с аллометрической экспонентой, меньшей единицы (+0,75), до сих пор остается самой волнующей биологической загадкой.
К концу двадцатого века большинство ученых считало, что в большем по объему мозге всегда содержится больше нейронов, а большее число нейронов требует больших затрат энергии. Если поставщиками энергии для нейронов служат глиальные клетки, то большим по объему нейронам требуется больше глиальных клеток для адекватного обеспечения энергией – так, во всяком случае, предположили в 1957 году Эндрю Хокинс и Ежи Ольшевский. Интересно, однако, что идея о том, что число глиальных клеток пропорционально метаболическим потребностям поддерживаемых ими нейронов, была высказана до появления каких-либо экспериментальных данных о том, какова энергетическая стоимость работы нейронов, как и о том, действительно ли глиальные клетки снабжают нейроны энергией. Однако убеждение в том, что большие по объему нейроны требуют больше энергии и что поступление этой энергии обеспечивает большее число глиальных клеток на один нейрон, казалось вполне обоснованным, до тех пор пока не были получены конкретные численные данные.