Повышенное энергопотребление позволило человеку «вырастить» большой мозг

Международная группа ученых сравнила энергопотребление и скорость метаболизма у человека и человекообразных обезьян и обнаружила, что люди расходуют больше энергии и скорость метаболизма у них выше, чем у других гоминид. По мнению авторов работы, за счет этого люди «вырастили» в ходе эволюции большой мозг и стали приносить больше потомства, не жертвуя при этом продолжительностью жизни. Результаты исследования опубликованы в Nature, коротко о них сообщается в Science.

Человек отличается от других гоминид тем, что мозг у человека примерно в три раза больше, чем у человекообразных обезьян, и потребляет больше энергии. Женщины рожают больше детей, которые растут медленнее, чем детеныши обезьян, и, соответственно, чтобы их вырастить нужны большие энергозатраты. При этом средняя продолжительность жизни человека на десятки лет выше, чем у человекообразных обезьян.

Ранее ученые объясняли такой «энергетический парадокс» тем, что человек в ходе эволюции «научился» тратить меньше энергии на поддержание жизнедеятельности (например, за счет уменьшения размеров кишечника) или научился «экономить» энергию при движении. Ученые исключали возможность того, что люди «научились» потреблять больше энергии, так как уровень основного метаболизма у человекообразных обезьян и человека похож. Соотношение общее энергопотребление / уровень основного метаболизма до сих пор практически не исследовалось. Авторы статьи решили проверить гипотезу, согласно которой у людей в процессе эволюции выработалась повышенные скорость метаболизма и они стали расходовать больше энергии по сравнению с другими гоминидами.

Для проверки своего предположения, авторы измерили общее энергопотребление и оценили уровень основного метаболизма и энергию движения у человекообразных обезьян и у людей. Для эксперимента исследователи отобрали взрослых обезьян разного пола: восемь бонобо, 27 шимпанзе, 10 горилл и 11 орангутанов. Ученые использовали данные по общему энергопотреблению у людей из другого своего исследования (выборка — 141 человек). Для измерения уровня энергопотребления исследователи поили обезьян тяжелой кислородной водой, содержащей изотопы водорода и кислорода. Затем в течение 7 — 10 дней исследователи с помощью изотопной масс-спектрометрии измеряли содержание изотопов в пробах мочи, чтобы понять, как меняется их соотношение. Оно показывает, сколько углекислого газа производит животное, а по количеству углекислого газа можно измерить количество израсходованных калорий.

Оказалось, что энергопотребление у людей примерно на 27% выше, чем у шимпанзе, и примерно на 58% выше, чем у орангутанов. По оценкам исследователей энергия движения у людей примерно на 100 килокалорий в день выше, чем у других гоминид, а  уровень основного метаболизма примерно на 200 килокалорий в день выше, чем у шимпанзе, и примерно на 500 килокалорий в день выше, чем у орангутанов. При этом соотношение общее энергопотребление / уровень основного метаболизма у обезьян и человека примерно одинаково. Это говорит о том, что энергозатраты отдельных органов (например мозга) вносят больший вклад в энергопотребление, чем двигательная активность. Также авторы статьи измерили массу жира, которая у людей оказалась в 1,5 — 2 раза больше, чем у обезьян.

«Если ты сжигаешь больше энергии, то лучше иметь резервуар про запас», - говорит ведущий автор статьи Херман Понцер. По его словам, если ранние гоминиды повысили свой метаболизм и «вырастили» большой мозг, естественный отбор, возможно, способствовал отбору особей с большим количеством жира и с меньшим размером кишечника, который позволяет уменьшить энергозатраты.