人类的大脑可能得益于我们的肠道

人类大脑需要耗费大量能量才能长到现在的庞大尺寸，并长期维持下去。我们早期的人类祖先进化出了更大的大脑，但他们为此经历的生物学变化却很难被科学家确定。现在，新的研究指向了我们的肠道。我们大脑的秘密可能在于帮助身体分解食物和产生能量的微生物。这项研究于 12 月 2 日发表在《微生物基因组学》杂志上。

由于脑组织对身体来说能量消耗很大，人类、大象、鲸鱼和海豚等脑容量较大的动物需要更多能量来支持脑的生长和一般维持。早期研究探索了不同基因和环境如何影响脑容量较大和较小的灵长类动物。然而，关于不同灵长类动物如何使用能量以及不同灵长类动物的新陈代谢如何发展的数据较少。

“我们知道，生活在大肠中的微生物群落可以产生影响人类生物学各个方面的化合物，例如，引起新陈代谢的变化，从而导致胰岛素抵抗和体重增加，”研究合著者、西北大学生物人类学家凯瑟琳·阿马托在一份声明中说。“肠道微生物群的变化是一种尚未探索的机制，灵长类动物的新陈代谢可以促进不同的大脑能量需求，”阿马托说。

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在一项对照实验中，阿马托和一个科学家团队将两种脑容量较大的灵长类动物（人类和松鼠猴）和一种脑容量较小的灵长类动物（猕猴）的微生物植入实验室小鼠体内。

在将肠道微生物引入无微生物的小鼠体内后，他们测量了小鼠生理学随时间的变化。这些变化包括体重增加，以及脂肪百分比、空腹血糖、肝功能和其他特征的变化。研究小组还测量了小鼠产生的微生物类型和化合物的差异。

最初，研究小组希望发现来自不同灵长类动物的微生物会导致接种这些微生物的小鼠的生物学差异。他们还希望看到接种人类微生物的小鼠与接种松鼠猴或猕猴微生物的小鼠在生物学上存在最大差异。

他们实际上发现，携带大脑较大的灵长类微生物的老鼠产生和消耗的能量更多。携带大脑较小的微生物的老鼠则将更多的能量以脂肪形式储存起来。

阿马托说：“虽然我们确实看到接种人类疫苗的小鼠存在一些差异，但最明显的模式是大脑较大的灵长类动物（人类和松鼠猴）与大脑较小的灵长类动物（猕猴）之间的差异。”

尽管这两种脑容量较大的灵长类动物在进化上并非近亲，但接受人类和松鼠猴微生物注射的小鼠的生物学特征却相似。研究小组表示，这表明除了共同祖先之外，还有其他因素（可能是它们共同的大脑尺寸）导致了接受微生物注射的小鼠表现出生物学相似性。这些数据还表明，不同动物的肠道微生物会影响生物学差异，并支持以下假设：肠道微生物可以通过改变动物身体机能来影响进化，例如利用肠道微生物的能量来支持大脑尺寸而不是将其储存为脂肪。

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“这些发现表明，当人类和松鼠猴分别进化出更大的大脑时，它们的微生物群落也会发生类似的变化，以帮助提供必要的能量，”阿马托说。

在未来的研究中，该团队希望使用来自其他不同脑容量的灵长类动物的微生物进行同样的实验。他们还希望收集更多关于微生物产生的化合物类型以及宿主的生物学特性（如免疫功能和行为）的数据。