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(jìn)大腦進(jìn)化，產(chǎn)生更多代謝能量。研究顯示，腦部較大靈長類動(dòng)物的微生物使老鼠產(chǎn)生更多能量。不同靈長類動(dòng)物腸道微生物形成生物學(xué)差異，支持微生物影響進(jìn)化的假設(shè)，為人類進(jìn)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(jìn)化的關(guān)鍵。
促進(jìn)代謝能量產(chǎn)生的微生物可能在大腦的進(jìn)化中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。
第一項(xiàng)研究表明，來自不同動(dòng)物物種的腸道微生物在生物學(xué)上形成了差異。
為人類進(jìn)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(dòng)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(dòng)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(jìn)化出更大的大腦時(shí)滿足了對(duì)能量的極高需求，目前尚不清楚。西北大學(xué)的一項(xiàng)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(xiàng)受控的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，研究人員將兩種腦部較大的靈長類動(dòng)物（人類和松鼠猴）和一種腦部較小的靈長類動(dòng)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(dòng)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(dòng)物的微生物的老鼠則以脂肪的形式儲(chǔ)存了更多的能量。
對(duì)理解進(jìn)化的更廣泛影響
這些數(shù)據(jù)首次顯示，來自不同動(dòng)物物種的腸道微生物在動(dòng)物物種之間形成了生物學(xué)上的差異，并支持了腸道微生物可能通過改變動(dòng)物身體的工作方式來影響進(jìn)化的假設(shè)。
這項(xiàng)研究為人類進(jìn)化提供了一個(gè)新的視角，特別是我們大大腦的進(jìn)化。
這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)將發(fā)表在今天（12月2日）的《微生物基因組學(xué)》雜志上。
比較靈長類動(dòng)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(duì)大腦大小的靈長類動(dòng)物的影響。然而，很少有研究比較不同的靈長類動(dòng)物如何使用能量。關(guān)于不同靈長類動(dòng)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(xué)人類學(xué)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(xué)方面的化合物 —— 例如，引起新陳代謝的變化，從而導(dǎo)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(jī)制，靈長類動(dòng)物的新陳代謝可以促進(jìn)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(cè)量了小鼠隨時(shí)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(cè)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(dòng)物的微生物，這將導(dǎo)致接種這些微生物的小鼠的生物學(xué)差異。他們還預(yù)計(jì)，攜帶人類微生物的小鼠與攜帶其他兩個(gè)物種微生物的小鼠在生物學(xué)上的差異最大。
阿馬托說：“雖然我們確實(shí)看到人類接種的老鼠有一些差異，但最強(qiáng)的模式是腦容量較大的靈長類動(dòng)物（人類和松鼠猴）和腦容量較小的靈長類動(dòng)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(xué)特征，盡管這兩種腦部較大的靈長類動(dòng)物在進(jìn)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(dǎo)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(dāng)人類和松鼠猴分別進(jìn)化出更大的大腦時(shí)，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(duì)其他大腦大小不同的靈長類物種的微生物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。他們還希望收集有關(guān)微生物產(chǎn)生的化合物類型的更多信息，并收集有關(guān)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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