人类的大脑要生长到目前的巨大体积并长期维持，需要消耗巨大的能量。我们早期的人类祖先进化出了更大的大脑，但他们为实现这一目标所经历的生物学变化一直难以让科学家们确定。现在，新的研究指向了我们的肠道。我们大脑变大的秘密可能就隐藏在那些帮助身体分解食物和产生能量的微生物中。这些发现已在12月2日发表在《微生物基因组学》杂志上的研究中进行了详细介绍。
由于大脑组织对身体来说成本高昂，像人类、大象、鲸鱼和海豚这样大脑更大的动物需要更多的能量来支持大脑的生长和日常维护。早期的研究已经探讨了不同的基因和环境如何影响大脑大小不同的灵长类动物。然而，关于不同灵长类动物如何使用能量以及在新陈代谢如何在不同灵长类物种中发展的数据却较少。
“我们知道生活在大肠中的微生物群落可以产生影响人类生物学各个方面的化合物——例如，引起新陈代谢改变，可能导致胰岛素抵抗和体重增加，”研究的合著者、西北大学生物人类学家凯瑟琳·阿马托（Katherine Amato）在一份声明中说。“肠道微生物群落的变化是一种未被探索的机制，它可能促使灵长类动物的新陈代谢适应不同的脑部能量需求，”阿马托说。
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在一项对照实验中，阿马托和一组科学家将两种大型灵长类动物（人类和松鼠猴）以及一种小型灵长类动物（猕猴）的微生物植入了实验室小鼠体内。
将肠道微生物引入无菌小鼠后，他们测量了小鼠生理机能随时间的变化。这些变化包括体重增加，以及脂肪比例、空腹血糖、肝功能和其他特征的变化。该团队还测量了小鼠产生的微生物类型和化合物的差异。
最初，该团队期望发现来自不同灵长类动物的微生物会导致接种了这些微生物的小鼠的生物学特性产生差异。他们还预计，携带人类微生物的小鼠在生物学特性上与携带松鼠猴或猕猴微生物的小鼠会有最大的差异。
他们实际观察到的是，携带大型灵长类动物微生物的小鼠产生了更多的能量并使用了更多的能量。而携带小型灵长类动物微生物的小鼠则将更多的能量以脂肪的形式储存起来。
“虽然我们确实看到接种了人类微生物的小鼠有一些差异，但最显著的模式是大型灵长类动物（人类和松鼠猴）与小型灵长类动物（猕猴）之间的差异，”阿马托说。
接受了来自人类和松鼠猴微生物的小鼠表现出相似的生物学特性，尽管这两个大型灵长类物种在进化上并非近亲。根据该团队的说法，这表明驱动小鼠生物学相似性的因素并非共享的祖先——可能是它们共同拥有的大脑大小。这些数据还表明，来自不同动物物种的肠道微生物会塑造生物学上的差异，并支持了肠道微生物可能通过改变动物身体机能（例如，利用肠道微生物的能量来支持大脑大小，而不是将其储存为脂肪）来影响进化的假设。
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“这些发现表明，当人类和松鼠猴各自进化出更大的大脑时，它们的微生物群落也以类似的方式发生了变化，以帮助提供所需的能量，”阿马托说。
在未来的研究中，该团队希望使用来自不同脑部大小的更多灵长类物种的微生物来进行相同的实验。他们还希望收集更多关于微生物产生的化合物类型以及宿主的生物学特征（如免疫功能和行为）的数据。
