Med tanke på hur stolta vi är över våra stora hjärnor, det är ironiskt att vi ännu inte har fattat varför vi har dem. En idé, kallad kognitiva bufferthypotesen, är att utvecklingen av stora hjärnor drivs av de adaptiva fördelarna med att kunna montera snabbt, flexibla beteendereaktioner på frekventa eller oväntade miljöförändringar.

Det är svårt att testa denna idé på människor eftersom det bara finns en levande art i släktet Homo. Fåglar, enligt Carlos Botero, biträdande professor i biologi i konst och vetenskap vid Washington University i St. Louis, är en annan sak. Det finns många arter, de har en rad olika hjärnstorlekar och de lever överallt. På många sätt, de är den idealiska gruppen för att testa denna hypotes.

Som ung forskare, Botero kunde visa hur mockingbirds som lever i varierande livsmiljöer har mer utarbetade sånger. Eftersom sångkomplexitet är en proxy för inlärningsförmåga, detta fynd verkade stödja hypotesen om kognitiva buffert.

Men, efter ett tag, han började fundera på alternativa förklaringar till sina resultat. Hypotesen kräver att stora hjärnor förbättrar överlevnaden, men Boteros studie visade inte detta. Och det löste inte en avgörande tidsfråga:Har stora hjärnor utvecklats i varierande livsmiljöer, eller har de utvecklats någon annanstans och sedan gjort det lättare att kolonisera tuffa miljöer? Dock, Mockingbird-studien såg inte tillbaka i tiden.

Så tillsammans med Trevor Fristoe, postdoktor i biologi vid Washington University och kanadensiske biologen Andrew Iwaniuk vid University of Lethbridge, Botero bestämde sig för att reta ut antagandena bakom den kognitiva bufferthypotesen och testa var och en av dem separat.

Deras studie, publicerad 25 september in Naturekologi och evolution , visade att stora hjärnor inte var mer benägna att utvecklas i variabel jämfört med stabila livsmiljöer, så den delen av hypotesen stöddes inte. Men det visade också att smartare fåglar var bättre i stånd att kolonisera säsongsbetonade, oförutsägbara platser. Så fåglar med stora hjärnor kunde flytta in i ett bredare utbud av miljöer.

"Fynden var ganska överraskande, " sa Fristoe. "I den första delen av studien, vi visade att en stor hjärna verkligen ger fåglar en överlevnadsfördel i varierande miljöer. Så mekanismen fungerar. Men det gjorde det desto mer förbryllande när den andra delen av studien visade att stora hjärnor ofta utvecklades i stabila – inte i variabla – livsmiljöer."

Botero är den första att erkänna att hjärnans storlek är ett ofullkomligt mått på kognition, ett begrepp som i sig har många definitioner.

Vad forskarna tittade på var inte absolut hjärnstorlek, men skillnaden mellan hjärnstorleken och den statistiskt förutsagda hjärnstorleken för fågelns kroppsstorlek. "En strut verkar ha en enorm hjärna, men i förhållande till dess kroppsstorlek, det är verkligen inte så imponerande, " sa Botero. "En korp är inte mycket större än en kyckling, men dess hjärna är proportionellt mycket mer massiv.

"Korrelationen mellan relativ hjärnstorlek och kognitiv förmåga är bättre för fåglar än för däggdjur, ", sa Botero. "Även om relativ hjärnstorlek är ett bullrigt mått, det är fortfarande ett av de bättre sätten vi har att mäta hjärnrelaterade skillnader mellan arter i stora taxonomiska skalor.

"Hela det här fältet är fyllt med varningar."

Botero och Fristoe testade först antagandet att en större hjärna gav fåglar en överlevnadsfördel genom att analysera data som samlats in av Breeding Bird Survey, en enorm databas med fågelobservationer som används för att övervaka populationer av nordamerikanska fåglar. Varje år sedan 1966, frivilliga fågelskådare har följt förutbestämda rutter under hög häckningssäsong, stannar i tre minuter vid angivna punkter för att räkna alla fåglar de kan höra eller se.

"Vi gick igenom all data för Nordamerika, alla arter som vi visste hjärnstorleken för, och kom fram till ett mått för befolkningsstabilitet, justering för andra faktorer som kan påverka stabiliteten såsom kopplingsstorlek och om fågeln är flyttbar eller inte, sa Botero.

De karakteriserade miljöförhållandena under samma period med data från ecoClimate, en öppen databas med klimatsimuleringar, och data från NASA Earth Observations.

"Vi visade att arter med stora hjärnor upprätthåller stabila populationer i miljöer där temperaturen, nederbörd eller produktivitet förändras mycket, och arter med mindre hjärnor klarar sig sämre, sa Botero.

"Så den mekanism som folk föreslog verkar verkligen fungera, ", sa han. "Stora hjärnor förbättrar överlevnaden när miljöförhållandena ändras ofta och oväntat."

Forskarna var nu redo att ta itu med huvudfrågan. "Den kognitiva bufferthypotesen hävdar att hjärnorna blev större eftersom arter exponerades för mer varierande miljöer, " sa Botero. "Det är vettigt, men är det sant?"

För att hypotesen ska vara sann, de variabla förhållandena måste inträffa först, och det innebar att forskarna var tvungna att hitta på något sätt att rekonstruera egenskaperna hos fåglar och miljöer som försvann för länge sedan.

Att göra detta, de letade efter evolutionära samband mellan övergångar i hjärnstorlek och temperatur- och nederbördsvariabiliteten hos artspecifika livsmiljöer i en global fylogeni av fåglar (ett diagram som representerar den ordning i vilken arter tros ha utvecklats från en gemensam förfader).

"Vi fann att stora hjärnor är lika benägna att utvecklas på platser som hade varierande förhållanden och platser som hade stabila förhållanden. Vi ser ingen skillnad mellan de två, sa Botero.

"Men vi fann att variabla miljöer är mer benägna att koloniseras av arter som redan hade stora hjärnor, " sa han. "Det förklarar varför, när vi går ut idag, vi hittar ett samband mellan stora hjärnor och varierande miljöer. Och förmodligen varför hans tidigare studie fann att de bästa sångarna bland mockingbirds levde i varierande livsmiljöer.

Så vi vet nu att en stor hjärna hjälpte arter som den vanliga korpen att expandera till de olika livsmiljöer där de lever idag, men vi vet fortfarande inte varför korpar och till och med människor utvecklade stora hjärnor från början. Botero och Fristoe funderar på det.