Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Гипотеза дорогих тканей ( ETH ) связывает размер мозга и кишечника в эволюции (особенно в эволюции человека). Это предполагает, что для того, чтобы организм развил большой мозг без значительного увеличения скорости основного обмена (как это наблюдается у людей), организм должен использовать меньше энергии на других дорогих тканях; В документе, представляющем ETH, предполагается, что у людей это было достигнуто за счет диеты, легко усваиваемой, и развития меньшего размера, менее энергоемкого кишечника. [1] ETH вдохновил множество исследовательских проектов на проверку его применимости на приматах и ​​других организмах.

Человеческий мозг выделяется среди млекопитающих, потому что его относительный размер по сравнению с остальным телом необычно велик по сравнению с другими животными. Человеческий мозг примерно в три раза больше, чем у нашего ближайшего живого родственника, шимпанзе. Для приматов нашего размера относительный размер мозга и пищеварительного тракта довольно неожидан; пищеварительный тракт меньше, чем ожидалось для приматов нашего размера. В 1995 году двое ученых предложили попытаться разрешить этот феномен эволюции человека с помощью гипотезы дорогих тканей.

Исходная статья [ править ]

Оригинальный документ, представляющий ETH, был написан Лесли Айелло.и Питер Уиллер. Доступность новых данных об основной скорости метаболизма (BMR) и размере мозга показала, что энергетика является проблемой в поддержании относительно большого мозга, такого как человеческий мозг. У млекопитающих размер мозга положительно коррелирует с BMR. В своей статье они стремились объяснить, как людям удалось сохранить энергию для своего большого и метаболически дорогого мозга, сохранив при этом BMR, сравнимый с другими приматами с меньшим размером мозга. Они обнаружили, что меньший относительный размер кишечника у людей почти полностью компенсировал метаболические затраты более крупного мозга. Они продолжили постулат, что больший мозг позволит более сложное поведение при поиске пищи, что приведет к более качественной диете, которая затем позволит кишечнику сузиться еще больше, высвободив больше энергии для мозга.Это исследование также представило аргумент в пользу изучения эволюции органов во взаимосвязи, а не изолированно.[1]

Дальнейшие исследования [ править ]

Антропологи смогли наблюдать резкий контраст в относительных размерах мозга между людьми и нашими предками-обезьянами. Исследования показали, что различия в размерах мозга лежат в основе основных различий в когнитивных способностях. Из-за этого ткань мозга является энергетически дорогой и требует большого количества энергии по сравнению с некоторыми другими соматическими тканями во время отдыха. Чтобы понять, как организм может обеспечивать мозг нужным количеством энергии для правильного функционирования, ученые рассматривают стоимостную сторону уравнения и сосредотачиваются на том, как мозг и другие дорогие ткани, такие как кишечник или яички, могут найти компромисс. [2] Другая возможность состоит в том, что здесь не может быть никакого обмена, скорее есть другие способы, которыми люди поддерживают питание мозга.

Академические дебаты вокруг ETH все еще активны и вдохновили на ряд аналогичных тестов, все из которых пытались проверить ETH с другим видом или группой видов, глядя на энцефализацию (соотношение между размером мозга и размером тела), размер кишечника, и / или качество диеты. Приматы, являющиеся ближайшими живыми родственниками людей, являются естественным продолжением этой гипотезы и, как таковые, исследуются многими из этих тестов. Одно из таких исследований поддержало гипотезу о дорогостоящих тканях и обнаружило положительную корреляцию между качеством диеты и размером мозга (как и следовало ожидать в исходной статье), но при этом отметило, что среди протестированных видов были исключения. [3]Более широкое исследование с участием приматов и других млекопитающих оспаривало ETH, обнаружив, что нет отрицательной корреляции между размерами мозга и кишечника; Однако он поддержал идею энергетических компромиссов в эволюции, поскольку обнаружил отрицательную корреляцию между энцефализацией и жировыми отложениями. [4]

Исследования также проводились на видах, менее похожих на людей, таких как бесхвостые амфибии и рыбы. Исследование бесхвостых животных показало, что среди 30 протестированных видов существует значительная отрицательная корреляция между размером кишечника и размером мозга, как Айелло и Уиллер обнаружили у людей и приматов в своем первоначальном исследовании. [5] В одном исследовании на рыбе использовалась хищная рыба Gnathonemus petersii , у которой был необычно большой мозг, примерно в три раза превышающий ожидаемый размер рыбы такого размера. Исследования показали, что кишечник этих рыб значительно меньше, чем у других подобных хищных рыб. [5]Эти дальнейшие исследования обогащают дебаты по поводу ETH. Другое исследование, проведенное Хуангом, Ю и Ляо, изучает возможные эффекты кишечной микробиоты в гипотезе о дорогостоящих тканях у позвоночных. Исследователи исследовали различные симбиотические кишечные бактерии, а также другие микроорганизмы, которые одновременно эволюционировали в пищеварительном тракте человека или других животных. Эти микробиоты эволюционировали, чтобы сформировать взаимовыгодные отношения со своим хозяином, они важны для иммунной функции, питания и физиологии человека, и любое нарушение в кишечнике может привести к желудочно-кишечной дисфункции, такой как, например, ожирение. Несколько исследований также показали, что разнообразие и состав микробиоты кишечника различаются топографически и временно.Это связано с тем, что определенные бактерии связаны с потреблением пищи хозяином, а также с его использованием в питании и энергетическом обмене. Любые изменения или модификации микробного ландшафта в кишечнике могут привести к нескольким сложным и динамичным взаимодействиям на протяжении всей жизни. Кроме того, выбор хозяина тесно связан с разнообразием и сложностью микробов, например, исследование показывает, что диета с высоким содержанием жира увеличивает уровень Bacteroidete и снижает уровень Firmicute в кишечнике детей, исследование также предположило, что Качество диеты также связано с размером кишечника.выбор хозяина тесно связан с разнообразием и сложностью микробов, например, исследование показывает, что диета с высоким содержанием жира увеличивает уровень Bacteroidete и снижает уровень Firmicute в кишечнике детей, исследование также предположило, что качество диеты также связано с размером кишечника.выбор хозяина тесно связан с разнообразием и сложностью микробов, например, исследование показывает, что диета с высоким содержанием жира увеличивает уровень Bacteroidete и снижает уровень Firmicute в кишечнике детей, исследование также предположило, что качество диеты также связано с размером кишечника.[6]

Исследование также показало, что размер кишечника также претерпел совместную эволюцию в размере мозга, отчасти потому, что размер мозга и кишечник являются одними из самых энергетически затратных органов в теле позвоночных. Основываясь на гипотезе о дорогостоящих тканях, более высокий расход энергии позвоночных с большим мозгом должен уравновешиваться аналогичным сокращением в других потребляющих энергию органах; в данном случае это размер кишечника. Также были доказательства того, что позвоночные животные с более крупным мозгом эволюционировали, чтобы уравновешивать энергетические затраты, необходимые для компромисса с размером кишечника. Например, исследователи обнаружили отрицательную корреляцию между размером мозга и размером кишечника у гуппи, а также у древесной лягушки Омей [6]Микробиотика кишечника реагирует на качество диеты таким образом, что влияет на метаболизм хозяина. Например, повышение выработки энергии в организме хозяина или изменение метаболических путей - один из основных процессов, определяющих компромисс между размером мозга и размером кишечника. Этот процесс также коррелирует с гипотезой ETH, потому что размер мозга увеличивается, когда потребление энергии находится на высоком уровне из-за потребления дополнительной диеты и общего увеличения постоянного потребления энергии. [6] Однако после нескольких исследований исследование не смогло найти убедительных доказательств того, что размер мозга отрицательно коррелирует с микробиотой кишечника у позвоночных.

Похожее исследование, проведенное Цубои и др., Демонстрирует четкие доказательства того, что размер мозга коррелирует с размером кишечника, контролируя влияние общих предковых и экологических смешивающих переменных. Исследование показало, что эволюция более крупного мозга тесно связана с увеличением репродуктивных инвестиций в размер яйца и размер родительского элемента. В результате эксперимента был сделан вывод о том, что затраты энергии на энцефализацию могли быть вовлечены в эволюцию размера мозга как у эндотермических, так и у эктотермных позвоночных. [7] Например, исследование показало, что гомеотермные позвонки, такие как слоновий нос, Gnathonemus petersiiимеет большой мозг, связанный с меньшим размером кишечника и желудка. Это свидетельствует о том, что энергетические ограничения эволюции размера мозга обнаруживаются, по крайней мере, у высоко энцефализованных тропических видов. Кроме того, исследование показало, что изменение размера мозга связано с увеличением размера яйца, что может привести к увеличению периода родительской заботы. Это также показывает, что наличие энергетических ограничений энцефализации также применяется к гомеотермным позвоночным. [7]Несмотря на то, что исследование предоставило убедительные доказательства того, что размер мозга и размер кишечника отрицательно коррелируют друг с другом, убедительных доказательств этого не было. Например, большая часть исследований, проведенных на живущих и яйцекладущих видах хондрихтиан, не может быть обобщена для всех гомеотермных и эктотермных позвоночных.

Дальнейшие исследования действительно показали, что существует определенно положительная корреляция между остатками массы мозга и остатками BMS у млекопитающих, но эта связь значима только у приматов. Рассматривая гипотезу о дорогостоящих тканях, мы также должны учитывать, как гипотеза энергетического компромисса влияет и на организм. Животные могут уменьшать размер других дорогостоящих тканей тела или уменьшать выделение энергии на движение или воспроизведение. [2]

Исследование также показало, что размер кишечника также претерпел совместную эволюцию в размере мозга, отчасти потому, что размер мозга и кишечник являются одними из самых энергетически затратных органов в теле позвоночных. Основываясь на гипотезе о дорогостоящих тканях, более высокий расход энергии позвоночных с большим мозгом должен уравновешиваться аналогичным сокращением в других потребляющих энергию органах; в данном случае это размер кишечника. Также были доказательства того, что позвоночные животные с более крупным мозгом эволюционировали, чтобы уравновешивать энергетические затраты, необходимые для компромисса с размером кишечника. Например, исследователи обнаружили отрицательную корреляцию между размером мозга и размером кишечника у поклонниц, а также у древесной лягушки Омей.

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Aiello LC, Wheeler P (апрель 1995 г.). «Гипотеза дорогих тканей: мозг и пищеварительная система в эволюции человека и приматов». Современная антропология . 36 (2): 199–221. DOI : 10.1086 / 204350 . JSTOR  2744104 .
  2. ^ a b Isler K, van Schaik CP (декабрь 2006 г.). «Метаболические издержки эволюции размера мозга» . Письма биологии . 2 (4): 557–60. DOI : 10.1098 / RSBL.2006.0538 . PMC 1834002 . PMID 17148287 .  
  3. ^ Рыба JL, Локвуд CA (февраль 2003). «Диетические ограничения энцефализации у приматов». Американский журнал физической антропологии . 120 (2): 171–81. DOI : 10.1002 / ajpa.10136 . PMID 12541334 . 
  4. Перейти ↑ Navarrete A, van Schaik CP, Isler K (ноябрь 2011 г.). «Энергетика и эволюция размеров человеческого мозга» (PDF) . Природа . 480 (7375): 91–3. Bibcode : 2011Natur.480 ... 91N . DOI : 10,1038 / природа10629 . PMID 22080949 . S2CID 205226956 .   
  5. ^ a b Кауфман Дж. А., Хладик С. М., Паске П. (декабрь 2003 г.). «О гипотезе дорогих тканей: независимая поддержка от высокоэнцефализованных рыб». Современная антропология . 44 (5): 705–7. DOI : 10.1086 / 379258 . JSTOR 10.1086 / 379258 . 
  6. ^ a b c Хуан Ч., Ю X, Ляо ВБ (июнь 2018 г.). "Гипотеза дорогих тканей у позвоночных: эффект кишечной микробиоты, обзор" . Международный журнал молекулярных наук . 19 (6): 1792. DOI : 10,3390 / ijms19061792 . PMC 6032294 . PMID 29914188 .  
  7. ^ a b Цубой М., Хусби А., Котршал А., Хейворд А., Бючел С. Д., Зидар Дж., Лёвли Х., Колм Н. (январь 2015 г.). «Сравнительное подтверждение гипотезы о дорогих тканях: большой мозг коррелирует с меньшим размером кишечника и большими родительскими вложениями в цихлид озера Танганьика» . Эволюция; Международный журнал органической эволюции . 69 (1): 190–200. DOI : 10.1111 / evo.12556 . PMC 4312921 . PMID 25346264 .