Мы люди поражаются нашим большим мозгам, сделавшим нас самыми наступающими животными на планете. Но управление ими берет много энергии. Новое исследование предполагает, что мы заплатили большую цену за то, что были так умны.
В течение нашего развития люди стали более слабыми относительно других приматов, торговых мускул для мозгов.В среднем объеме 1 400 кубических сантиметров наши мозги являются в три раза более большими, чем те из наших самых близких живущих эволюционных кузенов, шимпанзе. В то время как исследователи дебатируют, почему наши маленькие кружки стали настолько большими, одна вещь наверняка: мозг является дорогостоящим органом.
Наши мозги используют 20% наших энергетических расходов, когда мы отдыхаем, более двух раз так же, как израсходовано шимпанзе и другими приматами. Назад в 1990-х, исследователи расположенные на территории Великобритании Лесли Айелло и Питер Уилер, предложенный, что они назвали гипотезой дорогой ткани, утверждая, что, человеческая гидролизующая система, использующая много энергии усвоить нашу еду, уменьшила значительно, чтобы помочь заплатить ту цену.Для наблюдения, что другие компромиссы, возможно, произошли, бригада во главе с Филиппом Хэйтовичем, биолог в Институте CAS-MPG Partner Вычислительной Биологии в Шанхае, Китай, посмотрел на профили использования энергии пяти различных тканей в четырех видах животных.
Три из тканей были в мозгу: предфронтальная кора (вовлеченный в наступающее познание), первичная зрительная кора (который обрабатывает зрение), и мозжечковая кора (ключ к регуляции моторики). Другие две ткани были мышцей почки и бедра.
Виды животных в исследовании были людьми, шимпанзе, обезьянами резуса и мышами, ткани которых были испытаны вскоре после их смертельных случаев.Вместо того, чтобы измерять использование энергии непосредственно, исследователи использовали вспомогательный индикатор, названный metabolome — ансамбль маленьких молекул или метаболиты, тот или топливные живые ткани, или составьте их структуры, включая аминокислоты, жиры, сахар, витамины и другие составы. Бригада обнаружила приблизительно 10 000 различных метаболитов в каждом типе ткани и сравнила метаболические и генетические различия между этими разнообразными животными, с помощью образца 14 человек от каждой из четырех разновидностей.
Как исследователи сообщают сегодня в Биологии PLOS, различиях в профилях metabolome между мышами, обезьянами, и шимпанзе были не больше, чем относительно небольшие генетические различия между ними, подразумевая, что развитие, вероятно, не значительно изменило ни одной из их тканей. И при этом не было доказательств значительных эволюционных изменений в человеческой почке или визуальной или мозжечковой коре.С другой стороны, metabolome профиль человеческой предфронтальной коры был существенно изменен от того из других приматов: Используя разделение между человеком и мышью (130 миллионов лет назад) и между людьми и обезьянами (45 миллионов лет назад) как базисные линии, бригада вычислила, что metabolome развился в четыре раза быстрее, чем тот из шимпанзе за эти примерно 6 миллионов лет начиная с человека и разделения линий шимпанзе. (Генетические различия между двумя разновидностями, напротив, составляют только приблизительно 2%.)
Этот результат не был шокирующим учитывая горы доказательств большего познавательного мастерства человеческого мозга по сравнению с тем из других приматов. Но то, что действительно удивляло бригаду, было различиями в профилях примата и человеческой скелетной мышцы: человеческий metabolome развился больше чем в восемь раз быстрее, чем тот из шимпанзе, так как две разновидности пошли своими отдельными эволюционными путями.
Для проверки это неравенство не происходило просто из-за различий в окружающей среде и диете, бригада выставила обезьян чему-то напоминающему современный человеческий образ жизни. Исследователи взяли 12 обезьян макаки и разделили их на две группы шесть каждый. Одна группа была помещена в отдельные, уединенные клетки для ограничения, сколько осуществления они могли добраться и питались приготовленная диета высоко в жирах и сахаре; вторая группа была помещена в уединенные клетки, но накормила нормальную диету сырой пищи растительного происхождения.
То, когда эти 12 предметов были по сравнению с контрольной группой 17 обезьян, питалось нормальными диетами и позволило с легкостью вырываться снаружи в семейных группах, различия в их metabolomes были минимальны, составив не больше, чем 3% метаболических изменений, обнаруженных в людях. Это исключает диетические или экологические объяснения различий, исследователи завершают.
Наконец, бригада выполнила ключевое испытание: сравнивая силу макак, шимпанзе и людей. Несмотря на то, что очень ограниченный более ранние исследования предположили, что люди были более слабыми разновидностями, когда размер тела принят во внимание, никакие систематические сравнения не были сделаны. Таким образом, исследователи разработали эксперимент, в котором макаки, шимпанзе и люди должны были потянуть приспосабливаемый вес со всей своей силой, с помощью мышц и их рук и их ног (посмотрите видео). Обезьяны и шимпанзе были мотивированы их желанием захватить продовольственное вознаграждение, тогда как люди — кто включал пять университетских баскетболистов и четырех профессиональных альпинистов — были мотивированы увещеваниями исследователей приложить все усилия.
Результат: Люди, как показывалось, были на среднем числе, только вдвое менее сильном, чем другие два примата.Бригада признает, что еще не ясно, почему различия в metabolome между людьми и другими приматами приводят к более слабой мышечной силе; когда исследователи посмотрели на возможные структурные различия между шимпанзе и человеческой мышцей бедра, они не нашли ни один, оставив пока еще неизвестные различия в использовании энергии как наиболее вероятное объяснение. И несмотря на то, что исследователи предостерегают, что различия между людьми и другими приматами, возможно, были должны частично к разным уровням мотивации при натяжении весов, непротиворечивость результатов указывает, что люди действительно более слабы в целом.
Ученые выдвигают гипотезу, что параллельное развитие больших мозгов и более слабых мышц на человеческом происхождении могло не быть совпадением, а скорее из-за «перераспределения» энергетических ресурсов между этими двумя тканями. Идея такого компромисса “является очень простой гипотезой”, говорит Хайтович, “но в развитии простые объяснения часто являются лучшими”.
Айелло, который является теперь президентом Фонда Wenner-Gren для Антропологического Исследования в Нью-Йорке, говорит, что недавнее исследование предположило, что “энергичные компромиссы, относящиеся к [человеческому] мозговому развитию, более сложны”, чем она и Уилер первоначально предложили в их мозгу по сравнению с гипотезой пищеварительного тракта, и что “эта работа демонстрирует другой возможный компромисс между метаболическими требованиями мозговой и скелетной мышцы”.Однако Айелло и другие исследователи думают, что люди только стали более слабыми, но начали использовать их мышцы по-разному, потребовавшие менее полной силы, например для выносливости, бегущей во время охоты или других действий — идея, защищенная Дэниелом Либерманом, антропологом в Гарвардском университете.
Либерман говорит, что новая бумага “очень холодна и интересна”, но он не покупает его предложение мозга по сравнению с компромиссом мускул во время человеческого развития. “Люди менее сильны, чем шимпанзе, но я не полагаю, что мы являемся менее спортивными”, говорит Либерман. Таким образом он утверждает, что люди все еще использовали много мускульной энергии, но применили ее к задачам, улучшившим их выживание за длительный срок, а не к подвигам грубой энергии. С нашими большими и более умными мозгами говорит Либерман, люди создали способы быть более энергосберегающими, путем становления более эффективными охотниками, обучения готовить нашу еду и разделения запасов среди более многочисленных групп.
Другими словами, в эволюционных тотализаторах, победа иногда переходит к самому мозговитому, а не самому мускулистому.(Видео кредит: Kasia Bozek)