Відмінності в обміні речовин між нами і мавпами говорять про те, що наш мозок міг еволюціонувати завдяки ослабленню скелетних м'язів.
Обсяг нашого мозку становить 1 400 кубічних сантиметрів, що втричі більше, ніж у шимпанзе, нашого найближчого еволюційного родича. І енергоємність мозку під стати його розмірами: якщо подивитися, куди йдуть наші енергетичні ресурс під час відпочинку, то виявиться, що п'яту їх частину з'їдає саме мозок.
Якщо порівняти з тим же шимпанзе та іншими приматами, то у них на мозок витрачається в два рази менше метаболічної енергії спокою. І тоді саме собою виникає питання - чого коштував нам наш у мозок в еволюційному сенсі? Зайвої енергії не буває, і на мозок, очевидно, витрачаються ресурси, які в іншому випадку витрачалися б на інші органи і тканини.
За однією з гіпотез, енергію на мозок дала травна система. Шлунково-кишковий тракт - це теж один з найбільших споживачів енергії, і чим він більший, тим більше енергії витрачається на його обслуговування. З іншого боку, розміри та енергетичні витрати шлунка з кишечником залежать від їжі, яку їм зазвичай доводиться перетравлювати: якщо ця їжа важкопереварювана, важкоусвоювана, то і енергії на її переробку доведеться витрачати багато, і сам кишківник повинен бути великий. Тому і з'явилося припущення, що еволюція мозку людини була пов'язана з скороченням шлунково-кишкового тракту, а вкоротити його можна було, тільки змінивши раціон харчування. Гіпотеза ця народилася ще в 90-ті роки XX століття, проте антропологи і біологи досі сперечаються, чи дійсно є зв'язок між розміром мозку приматів і розміром кишечника.
Але чому б мозку не користуватися іншими джерелами енергії - наприклад, м'язами? Цю гіпотезу спробувала перевірити міжнародна група дослідників, очолювана Філіпом Хайтовичем (Philipp Khaitovich) з Інституту еволюційної антропології Товариства Макса Планка. Дослідники порівняли витрату енергії в різних тканинах у людей, шимпанзе, макак резусу і мишей.
Зразки тканин були взяті з префронтальної кори мозку, первинної зорової кори і кори мозочка, а також з нирок і скелетних м'язів. Витрата енергії визначали не безпосередньо, а за характером метаболізму: автори роботи оцінювали метаболом, сукупність молекул, які служать енергетичною або структурною сировиною для клітин. Серед них були і амінокислоти, і жири, і вітаміни, і безліч інших - всього близько 10 000 видів молекул. І ось з їх допомогою намагалися зрозуміти, які метаболічні відмінності є між тканинами, а потім зіставити ці метаболічні відмінності з генетичними.
Як пишуть автори роботи у своїй статті в PLOS Biology, між мишами, макаками і шимпанзе відмінності в метаболізмі і в генетиці були невеликі. Також не дуже відрізнялися один від одного людські нирки і м'язи (підкреслимо, що тут порівнювали не структуру тканини, не готові білки тощо, а склад метаболічної сировини, необхідної для побудови макромолекул). З іншого боку, метаболічний профіль префронтальної кори мозку людини сильно відрізнявся від того, що вдалося знайти в корі мавп. Дослідникам вдалося оцінити швидкість метаболічних змін у людському мозку: за 6 млн років, що відокремлюють нас від шимпанзе, метаболом людського мозку еволюціонував в 4 рази швидше. (При цьому, як відомо, генетично ми відрізняємося від шимпанзе приблизно на 2% геному.)
У цьому немає нічого дивного, зрештою, мозок людини працює активніше і різноманітніше, ніж мозок шимпанзе, і тому мозковий метаболізм у нас повинен бути інший. Сюрприз був в іншому: метаболічна карта скелетних м'язів у нас теж сильно відрізнялася від метаболому приматів, і відмінності ці були великі настільки, як якщо б еволюційні зміни відбувалися у нас порівняно з приматами 8 разів швидше.
Взагалі кажучи, це можна було б віднести на рахунок зміни раціону харчування і взагалі способу життя. Щоб перевірити цю гіпотезу, дослідники поставили наступний експеримент: дванадцять мавп розділили на дві групи, одних розсадили по одному і годували приготованою їжею, багатою жирами і вуглеводами (імітація їжі сучасної людини), інших теж розсаджували поодинці, але тримали на звичному для мавп кормі з грубої рослинної їжі. Метаболізм тих та інших порівнювали між собою, і на додачу ще й з обміном речовин інших макак, які не просто харчувалися, як зазвичай в природі, але могли вільно спілкуватися і грати зі своєю сім'єю. Однак, незважаючи на відмінності в способі життя, різниця в метаболічних картах у макак склала всього 3%, набагато менше, ніж між мавпами і людьми. А це означає, що відмінності в обміні речовин між людиною та іншими приматами не можна списати тільки лише на екологічні зміни.
Нарешті, дослідники безпосередньо порівняли мускульну силу шимпанзе, макак і людей, з урахуванням, зрозуміло, розмірів тіла. Раніше такі вимірювання вже пробували проводити, проте достовірних порівнянь на цей рахунок не було. В експерименті люди і мавпи повинні були тягнути вантаж, використовуючи м'язи обох рук і обох ніг (від людей у змаганні брали участь баскетболісти-аматори і професійні скелелази). Виявилося, що люди в середньому вдвічі слабші від приматів. Подальші дослідження показали, що м'язи людей і м'язи шимпанзе використовують енергію однаковим чином. Тобто, простіше кажучи, м'язи людей працюють так само, як мавпи, тільки слабші. І макака резус, будь вона зростом з людини, легко могла б побити навіть професійного спортсмена.
Дослідники вважають, що збільшення мозку і паралельне ослаблення м'язів під час людської еволюції - не просто збіг: між тим і іншим є взаємозв'язок. Тобто, щоб енергетично підтримати збільшений мозок, ми відібрали енергію у наших м'язів. Однак сама по собі робота дослідників, про яку коротко пише ScienceNOW, лише непрямим чином підтверджує цю гіпотезу.
Зрештою, біологи поки тільки просто помітили кореляцію між еволюційними змінами в метаболізмі мозку і такими ж змінами в метаболізмі м'язів. Цілком можливо, що наш мозок у міру свого розвитку брав енергію від декількох джерел, не обмежуючись лише травною системою або тільки скелетними м'язами.
З іншого боку, відносна слабкість людської мускулатури могла виникнути через те, що людина стала використовувати свої м'язи інакше, ніж мавпи. А це, в свою чергу, могло бути пов'язано зі збільшенням мозку - людина змогла оптимізувати свої дії і почала використовувати свої м'язи з розумом, не покладаючись на одну лише грубу силу. У такому випадку все виходить навпаки: зростаючий мозок дозволив м'язам знизити енергозаписи.