1758年，瑞典分类学家卡尔·林奈将我们物种命名为“智人”（Homo sapiens），意为“明智的人”。我们是否真的名副其实，这是一个公开争论的问题。如果林奈想站得更稳，他本可以称我们为“巨脑人”（Homo megalencephalus），意为“拥有巨大脑的人”。
无论我们如何明智地使用大脑，不可否认的是，它确实非同寻常地大。一般人脑的平均重量约为三磅，即1350克。我们最近的近亲黑猩猩，大脑重量不到我们的三分之一——仅384克。如果比较大脑与身体的相对大小，我们的大脑则更为惊人。
通常来说，体型较大的哺乳动物往往也拥有较大的大脑。如果您知道哺乳动物的体重，就可以相当准确地猜测出它的大脑有多大。据科学家所知，这条规则源于身体越大，就需要越多的神经元来控制它。但这条大脑与身体的比例规则并非完美。有些物种稍有偏离。有些则偏离很多。我们人类是特别杰出的规则打破者。如果我们是普通的哺乳动物，我们的大脑只有现在实际大小的六分之一。
竞争性的理论试图解释大脑的价值。心理学家、牛津大学的罗宾·邓巴（Robin Dunbar）倡导的一种观点是，复杂的社会生活需要大脑（pdf）。一只大脑相对较大的狒狒可以建立十几个联盟，同时对几个对手怀恨在心。人类则维持着更多、更复杂的关系。
管理社交网络可以带来显著的好处：当发生冲突时，有朋友在背后支持是很重要的。但要时刻关注自己的社交生活需要付出努力。邓巴和他的同事发现，当人们必须思考他人的想法时，回答问题的速度会更慢。一个问题越需要“读心术”，它激活大脑的程度就越高。
来自西班牙巴塞罗那陆地生态与应用林业研究中心（Center for Terrestrial Ecology and Applied Forestries）的丹尼尔·索尔（Daniel Sol）提出了不同的观点，他研究了动物引入新栖息地的情况。通过比较成功的和不成功的入侵者，他发现，在鸟类和哺乳动物中，大脑较大的物种比大脑较小的物种更有可能成功（pdf）。这项研究表明，大脑较大的物种更擅长解决问题，这转化为更高的生存机会。
邓巴和索尔都有可能是部分正确的。但无论争论如何解决，一个令人困惑的问题仍然存在：如果大脑很大如此有用，为什么它们相对罕见？答案是，自然界中没有免费的午餐——而就大脑而言，代价可能是巨大的。事实上，科学家们正在发现，许多人类生物学已经重新组织自身以应对超大脑的负担。
1995年，当时在伦敦大学学院（University College London）的莱斯利·艾埃洛（Leslie Aiello）和利物浦约翰摩尔斯大学（Liverpool John Moores University）的彼得·惠勒（Peter Wheeler）提出了大脑稀少性最初的可能原因。他们指出，神经元食欲非常旺盛。它们需要大量能量来产生电压脉冲和释放神经递质。它们从氧气和食物（主要是葡萄糖）中获取能量。一个三磅重的人脑消耗的卡路里是三磅肌肉的20倍。
我们一刻也不能忽视这种需求。几分钟缺氧可能不会对我们的肌肉造成太多损害，但会不可逆地损害大脑。大脑还需要持续的食物供应。您每天摄入的卡路里中有25%都用于为大脑供能。对于刚出生的婴儿，其身体小巧，大脑相对较大且生长迅速，这一比例会跃升至87%。
600多万年前，我们祖先的大脑并没有施加如此残酷的需求。我们的祖先身高只相当于一只黑猩猩，大脑大小也与黑猩猩相似。在接下来的400万年里，我们祖先的大脑一直很小。然后，大约在180万年前，
进化了。我们属的第一个与我们相似的成员，直立人（H. erectus）身高与现代人相当，大脑重量约为900克。五十万年前，我们祖先的大脑开始再次增长；20万年前，它们终于达到了与今天智人大脑大致相同的重量。
艾埃洛和惠勒指出，大脑尺寸的这种戏剧性增加似乎需要代谢的戏剧性增加——就像给房子增加空调系统会增加电费一样。然而，按比例计算，人类燃烧的卡路里与其它灵长类动物相同。艾埃洛和惠勒认为，不知何故，我们的祖先找到了平衡能源预算的方法。随着大脑的扩展，他们可能缩小了其他器官。
科学家们比较了人类和其他灵长类动物的器官大小。相对而言，我们肝脏的大小与狒狒的肝脏差不多。我们的心脏与大猩猩的心脏相当。但我们的肠道却萎缩了。它们在我们这个体型的灵长类动物中，仅占预期大小的60%。肠道细胞也需要大量能量，因为它们神经支配丰富。失去如此大一部分肠道，可以让我们祖先弥补大脑额外能量需求的很大一部分。
艾埃洛和惠勒将他们的想法命名为“昂贵组织假说”（expensive tissue hypothesis）。为了验证它，他们比较了一系列灵长类物种的大脑和肠道大小（pdf）。他们发现，一个灵长类动物的大脑相对于该物种的整体体型越大，肠道就越小。这种持续的权衡表明，缩减我们的肠道对于大脑的超大化至关重要。
然后，西北大学（Northwestern University）的生物人类学家威廉·伦纳德（William Leonard）对昂贵组织假说进行了新的检验。伦纳德没有将大脑和肠道大小在不同灵长类物种之间进行关联，而是决定对所有哺乳动物进行研究。他发现，除了灵长类动物之外，大脑大小和肠道大小之间根本不存在任何关联。
这表明，灵长类动物群体内部的肠道萎缩现象可能过于微妙，无法完全解释我们大脑的增长。还必须有其他因素在起作用。伦纳德说，这个因素就是饮食。在研究了灵长类物种的饮食并统计了摄入食物的数量和质量后，伦纳德发现在大脑更发达的物种中，饮食从低能量的树皮和树叶转向了高能量的种子、块茎和肉类。随着大脑与身体比例的增加，可以推测，更密集的卡路里提供了所需的额外燃料。
杜克大学（Duke University）的进化生物学家格雷格·雷（Greg Wray）正在一个完全不同的地方寻找大脑之谜：人类基因组。一种被称为SLC2A1的基因，与为大脑供能有关，它构建了一种用于将葡萄糖从血管转运到细胞中的蛋白质。这对大脑的健康至关重要。减少大脑中转运蛋白数量的突变会导致癫痫和学习障碍等疾病。如果SLC2A1基因的一个副本完全失效，后果是灾难性的：大脑的发育只达到正常大小的一部分。如果两个基因副本都无效，胎儿会直接死亡。
雷和他的同事比较了人类和其他动物的SLC2A1。他们发现，我们的祖先在这个基因中获得了异常多的突变。这种突变累积的最佳解释是，SLC2A1在我们自己的谱系中经历了自然选择，而新的突变提高了我们的繁殖成功率。有趣的是，杜克大学的团队发现，这些突变并没有改变葡萄糖转运体的形状。相反，它们改变了控制SLC2A1基因开启和关闭的DNA片段。
雷推测，这些突变改变了人脑中葡萄糖转运体的总数。为了检验他的理论，他查看了人类脑组织切片。为了制造葡萄糖转运体，细胞必须首先复制SLC2A1基因作为模板。雷发现，在人脑中，SLC2A1的拷贝数是黑猩猩大脑的2.5到3倍，这表明葡萄糖转运体的数量也更多。
然后他查看了将糖分输送到肌肉的葡萄糖转运体。这些肌肉转运体的基因，称为SLC2A4，在人类中也经历了自然选择，但方向相反。我们肌肉中的葡萄糖转运体比黑猩猩的肌肉少。雷的结果支持这样的观点：我们的祖先进化出了额外的分子泵，将糖分输送到大脑，同时通过减少肌肉的转运体来“饿死”肌肉。
成为“巨脑人”（Homo megalencephalus）的过程绝非简单。进化不仅要缩小我们的肠道并改变我们的饮食。它还必须进行基因工程。
卡尔·齐默（Carl Zimmer）是一位屡获殊荣的生物学作家，也是《纠缠的银行：进化导论》（The Tangled Bank: An Introduction to Evolution）等书籍的作者。他的博客“The Loom”运行在blogs.discover magazine.com/loom。
