人間は腸のおかげで大きな脳を持っているかもしれない

人間の脳が現在の大きなサイズに成長し、長期間維持されるには、膨大なエネルギーが必要です。私たち人類の祖先は、脳を大きく成長させるように進化しましたが、そのためにどのような生物学的変化を経たのかを科学者が突き止めるのは困難でした。現在、新しい研究は、その原因が腸にあることを示しています。私たちの脳が大きくなった秘密は、体が食物を分解してエネルギーを生成するのを助ける微生物にあるのかもしれません。この研究結果は、12月2日にMicrobial Genomics誌に掲載された研究で詳しく説明されています。

脳組織は体にとってエネルギーコストが高いため、人間、ゾウ、クジラ、イルカなどの脳が大きい動物は、脳の成長と全般的な維持をサポートするためにより多くのエネルギーを必要とします。これまでの研究では、異なる遺伝子と環境が、脳が大きい霊長類と小さい霊長類にどのような影響を与えるかが調査されています。しかし、異なる霊長類がどのようにエネルギーを使用し、異なる霊長類種で代謝がどのように発達するかに関するデータは少ないです。

「大腸に生息する微生物群が、例えばインスリン抵抗性や体重増加につながる代謝の変化を引き起こすなど、人間の生物学的側面に影響を与える化合物を生成できることはわかっています」と、研究の共著者でノースウェスタン大学の生物人類学者キャサリン・アマト氏は声明で述べた。「腸内微生物叢の多様性は、霊長類の代謝が脳のさまざまなエネルギー要件を促進する可能性がある、未解明のメカニズムです」とアマト氏は述べた。

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制御された実験で、アマト氏と科学者チームは、脳が大きい霊長類2種（ヒトとリスザル）と脳が小さい霊長類1種（マカクザル）の微生物を実験用マウスに移植した。

研究チームは、腸内細菌を細菌のないマウスに導入した後、マウスの生理機能の変化を経時的に測定した。これらの変化には、体重増加のほか、脂肪率、空腹時血糖値、肝機能、その他の特性の変化が含まれる。研究チームはまた、マウスが生成する細菌の種類と化合物の違いも測定した。

当初、研究チームは、異なる霊長類の微生物が、それを接種されたマウスの生物学的特徴に違いをもたらすだろうと予想していた。また、ヒトの微生物を接種したマウスは、リスザルやマカクザルの微生物を接種したマウスと生物学的特徴に最も大きな違いがあるだろうと予想していた。

実際に観察されたのは、脳が大きい霊長類の微生物を与えられたマウスはより多くのエネルギーを生産し、使用したということだ。脳が小さい霊長類の微生物を与えられたマウスは、より多くのエネルギーを脂肪として蓄えた。

「確かにヒトに接種したマウスにはいくつかの違いが見られましたが、最も顕著なパターンは、脳が大きい霊長類（ヒトとリスザル）と脳が小さい霊長類（マカクザル）の違いでした」とアマト氏は語った。

人間とリスザルの微生物を与えられたマウスは、脳が大きいこの2つの霊長類は進化上は近縁ではないにもかかわらず、生物学的特徴が似ていた。研究チームによると、これは共通の祖先以外の何か、おそらく共通の大きな脳サイズが、微生物を接種されたマウスに見られる生物学的類似性を引き起こしていることを示唆しているという。このデータはまた、異なる動物種の腸内微生物が生物学的特徴の多様性を形成していることを示しており、腸内微生物のエネルギーを脳サイズを支えるために使用したり脂肪として蓄えたりするなど、動物の体の機能を変化させることで腸内微生物が進化に影響を与える可能性があるという仮説を裏付けている。

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「これらの発見は、人間とリスザルがそれぞれ別々に脳を大きく進化させたとき、必要なエネルギーを供給するために微生物群集が同じように変化したことを示唆している」とアマト氏は述べた。

研究チームは今後の研究で、脳の大きさが異なる他の霊長類の微生物を使って同様の実験を行う予定だ。また、微生物が生成する化合物の種類や、宿主の免疫機能や行動などの生物学的特徴に関するデータもさらに収集したいと考えている。