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Science报道中科院研究变聪明付出了

2018-11-30 19:00:25

Science报道中科院研究:变聪明付出了怎样的代价

生物通报道:大脑让我们人类成为了地球上的动物,但大脑运作也消耗了大量的能量。中科院的一项新研究指出,我们为了变聪明付出了很大的代价。相对于其他灵长类动物,人类的肌肉力量在进化中变得比较弱,以发达肌肉为代价换取了更为复杂的头脑。Science站特别刊登文章对此进行了报道。

人类大脑是猩猩的三倍,而大脑是个高消耗的器官。在我们休息的时候,大脑占用了20%的能量。二十世纪九十年代,英国科学家Leslie Aiello和Peter Wheeler提出了高耗能组织假说(expensive-tissue hypothesis),该假说认为人类为大脑进化付出的代价是,消耗大量能量代谢食物的消化系统显着减小。

为了研究大脑进化背后的其他代价,中科院-马普学会计算生物学伙伴研究所(中科院上海生命科学研究院计算生物学研究所)的Philipp Khaitovich领导研究团队,分析了四种动物五种组织的能量使用情况。其中三种组织来自大脑:前额皮层(与高级认知有关),初级视皮层(处理视觉感知),和小脑皮层(运动控制)。另外两种组织是肾脏和大腿的肌肉。研究中涉及的物种为人类、猩猩、恒河猴和小鼠。

研究人员对能够代表能量使用情况的代谢组进行了研究。他们在每种组织中检测了大约一万种不同的代谢物,比较了不同物种之间的代谢和遗传学差异。这项发表在PLOS Biology杂志上的文章指出,小鼠、猴子和猩猩之间的代谢谱差异与遗传学差异一致,说明进化并没有显着改变这些组织。此外,人类肾脏、视觉和小脑皮层也没有出现多大改变。(延伸阅读:Science封面文章:进化过程是否可以重来?)

不过,人类前额皮层的代谢谱与其他灵长类动物相比,发生了巨大的变化。据研究人员计算,当人类和猩猩从进化树上分开之后,人类的代谢组演化比猩猩快四倍。这一结果并不算出人意料,真正令人惊讶的是,研究团队发现人类骨骼肌代谢谱的演化比猩猩快八倍多。研究显示,这一结果并不是单纯由环境和饮食造成的。

随后,研究团队系统比较了恒河猴、猩猩和人类的肌肉力量。他们发现,平均而言人类只有其他两种灵长动物一半强壮。

目前研究人员还无法断言,为何人类和其他灵长类动物的代谢组差异,会导致肌肉力量变弱。他们并未发现猩猩和人类的大腿肌肉存在相应的结构差异,可能性的解释是二者之间的能量消耗差异。研究人员认为,大脑变大和肌肉变弱的平行演化并不是偶然事件,而是两种组织之间能量再分配的结果。“这个理论非常简单,”Khaitovich说。“但对于进化而言,简单的解释往往都是的。”

然而,也有研究者认为人类并非只是变弱,而是开始以新的方式使用肌肉,这样所需的总强度较少。这种观点得到了哈佛大学人类学家Daniel Lieberman的支持。

Lieberman认为这项新研究“很有趣”,但他并不赞同人类进化中拿肌肉换头脑的说法。“人类是没有猩猩强壮,但这并不意味着我们的运动能力差,”Lieberman说。他指出,人类仍在使用大量的肌肉能量,只不过用在了其他地方,并非单纯的蛮力。在大脑的帮助下,人们可以通过更有效的狩猎、烹调食物和分享资源,节省能量的消耗。

生物通:叶予

生物通推荐原文:

Exceptional Evolutionary Divergence of Human Muscle and Brain Metabolomes Parallels Human Cognitive and Physical Uniqueness

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