人类大脑的隐藏燃料：肠道微生物如何塑造智力

支持产生更多代谢能量的微生物，可能是大脑进化的关键。

促进代谢能量产生的微生物可能在大脑的进化中发挥了至关重要的作用。

第一项研究表明，来自不同动物物种的肠道微生物在生物学上形成了差异。

为人类进化提供了新的视角，尤其是大脑的发育。

拥有脑部较大的灵长类动物肠道微生物的老鼠吃得更多，但长得更慢，体内脂肪积累也更少。

这些老鼠体内多余的能量被用来产生高水平的葡萄糖，这是大脑的主要燃料。

大脑能量需求和微生物的影响

脑组织是身体中能量消耗最大的组织之一，因此，脑部较大的哺乳动物需要更多的能量来支持大脑的生长和维持。究竟是哪种生物变化让人类祖先在进化出更大的大脑时满足了对能量的极高需求，目前尚不清楚。西北大学的一项新研究指出了肠道微生物的作用，肠道微生物是我们消化系统中的微小生物体，有助于分解食物和产生能量。

在一项受控的实验室实验中，研究人员将两种脑部较大的灵长类动物（人类和松鼠猴）和一种脑部较小的灵长类动物（猕猴）的微生物植入小鼠体内。

他们的研究结果表明，携带来自脑部较大的灵长类动物的微生物的老鼠产生和使用了更多的能量，而携带脑部较小的灵长类动物的微生物的老鼠则以脂肪的形式储存了更多的能量。

对理解进化的更广泛影响

这些数据首次显示，来自不同动物物种的肠道微生物在动物物种之间形成了生物学上的差异，并支持了肠道微生物可能通过改变动物身体的工作方式来影响进化的假设。

这项研究为人类进化提供了一个新的视角，特别是我们大大脑的进化。

这项发现将发表在今天（12月2日）的《微生物基因组学》杂志上。

比较灵长类动物的能量使用和代谢发育

先前的研究比较了基因和环境对大脑大小的灵长类动物的影响。然而，很少有研究比较不同的灵长类动物如何使用能量。关于不同灵长类动物的新陈代谢如何发展的信息就更少了。

该研究的第一作者、西北大学人类学副教授凯瑟琳·阿马托说：“我们知道，生活在大肠中的微生物群落可以产生影响人体生物学方面的化合物 —— 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。”

“肠道微生物群的变化是一种未被探索的机制，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。

在将肠道微生物引入没有微生物的小鼠体内后，研究人员测量了小鼠随时间的生理变化，包括体重增加、脂肪百分比、空腹血糖、肝功能和其他特征。他们还测量了每组小鼠中微生物类型和它们产生的化合物的差异。

观察到的模式和结论

研究人员希望发现来自不同灵长类动物的微生物，这将导致接种这些微生物的小鼠的生物学差异。他们还预计，携带人类微生物的小鼠与携带其他两个物种微生物的小鼠在生物学上的差异最大。

阿马托说：“虽然我们确实看到人类接种的老鼠有一些差异，但最强的模式是脑容量较大的灵长类动物（人类和松鼠猴）和脑容量较小的灵长类动物（猕猴）之间的差异。”

从人类和松鼠猴身上获得微生物的小鼠具有相似的生物学特征，尽管这两种脑部较大的灵长类动物在进化上并不是近亲。这表明除了共同的祖先，还有其他的东西 —— 可能是它们共同的大大脑特征导致了在接种了它们的微生物的老鼠身上看到的生物相似性。

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

未来研究方向

在未来的研究中，研究人员希望对其他大脑大小不同的灵长类物种的微生物进行实验。他们还希望收集有关微生物产生的化合物类型的更多信息，并收集有关宿主的免疫功能和行为等生物特性的额外数据。

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