人類大腦的隱藏燃料：看腸道微生物如何塑造智力？
小楊 / 2024-12-04 09:51:20
百歐博偉生物：腸道微生物或促進大腦進化，產(chǎn)生更多代謝能量。研究顯示，腦部較大靈長類動物的微生物使老鼠產(chǎn)生更多能量。不同靈長類動物腸道微生物形成生物學差異，支持微生物影響進化的假設，為人類進化提供新視角。
支持產(chǎn)生更多代謝能量的微生物，可能是大腦進化的關鍵。
促進代謝能量產(chǎn)生的微生物可能在大腦的進化中發(fā)揮了至關重要的作用。
第一項研究表明，來自不同動物物種的腸道微生物在生物學上形成了差異。
為人類進化提供了新的視角，尤其是大腦的發(fā)育。
擁有腦部較大的靈長類動物腸道微生物的老鼠吃得更多，但長得更慢，體內(nèi)脂肪積累也更少。
這些老鼠體內(nèi)多余的能量被用來產(chǎn)生高水平的葡萄糖，這是大腦的主要燃料。
大腦能量需求和微生物的影響
腦組織是身體中能量消耗最大的組織之一，因此，腦部較大的哺乳動物需要更多的能量來支持大腦的生長和維持。究竟是哪種生物變化讓人類祖先在進化出更大的大腦時滿足了對能量的極高需求，目前尚不清楚。西北大學的一項新研究指出了腸道微生物的作用，腸道微生物是我們消化系統(tǒng)中的微小生物體，有助于分解食物和產(chǎn)生能量。
在一項受控的實驗室實驗中，研究人員將兩種腦部較大的靈長類動物（人類和松鼠猴）和一種腦部較小的靈長類動物（獼猴）的微生物植入小鼠體內(nèi)。
他們的研究結(jié)果表明，攜帶來自腦部較大的靈長類動物的微生物的老鼠產(chǎn)生和使用了更多的能量，而攜帶腦部較小的靈長類動物的微生物的老鼠則以脂肪的形式儲存了更多的能量。
對理解進化的更廣泛影響
這些數(shù)據(jù)首次顯示，來自不同動物物種的腸道微生物在動物物種之間形成了生物學上的差異，并支持了腸道微生物可能通過改變動物身體的工作方式來影響進化的假設。
這項研究為人類進化提供了一個新的視角，特別是我們大大腦的進化。
這項發(fā)現(xiàn)將發(fā)表在今天（12月2日）的《微生物基因組學》雜志上。
比較靈長類動物的能量使用和代謝發(fā)育
先前的研究比較了基因和環(huán)境對大腦大小的靈長類動物的影響。然而，很少有研究比較不同的靈長類動物如何使用能量。關于不同靈長類動物的新陳代謝如何發(fā)展的信息就更少了。
該研究的第一作者、西北大學人類學副教授凱瑟琳·阿馬托說：“我們知道，生活在大腸中的微生物群落可以產(chǎn)生影響人體生物學方面的化合物 —— 例如，引起新陳代謝的變化，從而導致胰島素抵抗和體重增加。”
“腸道微生物群的變化是一種未被探索的機制，靈長類動物的新陳代謝可以促進不同的大腦能量需求，”阿馬托說。
在將腸道微生物引入沒有微生物的小鼠體內(nèi)后，研究人員測量了小鼠隨時間的生理變化，包括體重增加、脂肪百分比、空腹血糖、肝功能和其他特征。他們還測量了每組小鼠中微生物類型和它們產(chǎn)生的化合物的差異。
觀察到的模式和結(jié)論
研究人員希望發(fā)現(xiàn)來自不同靈長類動物的微生物，這將導致接種這些微生物的小鼠的生物學差異。他們還預計，攜帶人類微生物的小鼠與攜帶其他兩個物種微生物的小鼠在生物學上的差異最大。
阿馬托說：“雖然我們確實看到人類接種的老鼠有一些差異，但最強的模式是腦容量較大的靈長類動物（人類和松鼠猴）和腦容量較小的靈長類動物（獼猴）之間的差異。”
從人類和松鼠猴身上獲得微生物的小鼠具有相似的生物學特征，盡管這兩種腦部較大的靈長類動物在進化上并不是近親。這表明除了共同的祖先，還有其他的東西 —— 可能是它們共同的大大腦特征導致了在接種了它們的微生物的老鼠身上看到的生物相似性。
阿馬托說：“這些發(fā)現(xiàn)表明，當人類和松鼠猴分別進化出更大的大腦時，它們的微生物群落以類似的方式發(fā)生變化，以幫助提供必要的能量。”
未來研究方向
在未來的研究中，研究人員希望對其他大腦大小不同的靈長類物種的微生物進行實驗。他們還希望收集有關微生物產(chǎn)生的化合物類型的更多信息，并收集有關宿主的免疫功能和行為等生物特性的額外數(shù)據(jù)。
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