在一项将微观世界与进化过程连接起来的令人着迷的发现中，美国西北大学的研究人员发现了证据，表明我们体内的最小乘客——肠道细菌——可能在人类最重要的发展之一——我们的大脑增大——中发挥了作用。这项发表在《微生物基因组学》杂志上的研究，为一个长期存在的进化谜题提供了新的视角。虽然科学家们早就知道脑组织是人体内能量消耗最高的组织之一，但使我们的祖先能够满足这些强烈能量需求的生物学机制一直不清楚——直到现在。
“我们知道生活在大肠中的微生物群落可以产生影响人体生物学某些方面的化合物，例如导致新陈代谢变化，从而引发胰岛素抵抗和体重增加，”西北大学人类学副教授、该研究的第一作者凯瑟琳·阿莫托（Katherine Amato）在一份声明中解释道。
为了调查这一联系，研究团队设计了一个实验，使用三种具有不同脑部大小相对于其体重的灵长类动物：人类和松鼠猴（两者都具有较高的脑化商，或EQs）以及猕猴（具有较低的EQs）。他们没有直接研究这些灵长类动物，而是将每种物种的肠道细菌转移到无菌小鼠体内——这些小鼠是在完全无菌条件下饲养的，自身没有肠道细菌。
研究团队从五名成年捐赠者中收集了粪便样本，每种物种各五名：来自伊利诺伊州埃文斯顿的正常体重指数且近期未使用抗生素的人类，以及健康状况相似的研究设施中的灵长类动物。他们用这些样本接种了三十只无菌小鼠，每种捐赠物种各十只，并跟踪它们的发展情况达60天。
“虽然我们确实看到人类接种的小鼠有一些差异，但最强的模式是大脑较大的灵长类动物（人类和松鼠猴）与大脑较小的灵长类动物（猕猴）之间的差异，”阿莫托指出。
结果显示了明显的代谢差异。接受高EQ灵长类动物（人类和松鼠猴）肠道细菌的小鼠表现出更高的食物摄入量但体重增长较少，更高的血糖水平，以及与葡萄糖生成相关的肝酶活性增加。相比之下，接受猕猴肠道细菌的小鼠尽管吃得较少，但储存了更多的能量作为脂肪。
研究人员发现，这些代谢差异与短链脂肪酸（SCFAs）的不同水平有关——特别是乙酸、丙酸、丁酸和戊酸——这些化合物是肠道细菌发酵膳食纤维时产生的。接受高EQ灵长类动物肠道细菌的小鼠显示出这些化合物的更高浓度，这些化合物可以通过多种途径影响代谢，包括食欲调节、脂肪存储和葡萄糖生成。
值得注意的是，接受人类肠道细菌的小鼠表现出独特的模式，包括所有组中最高的血糖水平和最低的体重增长。这与人类在灵长类动物中拥有最高的EQ相符，尽管研究人员警告说，还需要更多的研究来完全理解这些关系。
这些发现特别引人注目的是，人类和松鼠猴并不是近亲。“这些发现表明，当人类和松鼠猴分别进化出更大的大脑时，它们的微生物群落也发生了类似的变化，以帮助提供必要的能量，”阿莫托解释道。
这项研究首次提供了证据，表明不同动物物种的肠道微生物可以塑造物种间的生物学差异。它表明，随着灵长类动物的大脑变大，它们可能还发展出了与肠道细菌群落的关系，以支持其不断增长的能量需求。
展望未来，研究团队计划扩展他们的研究，包括更多具有不同脑部大小的灵长类动物。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生物特征如免疫功能和行为的详细信息。
从微生物到思维，谁会想到人类智力的发展不仅依赖于基因突变和自然选择，还依赖于消化道中无数微小盟友的代谢支持？或许应该有一句新的格言：当谈到大脑进化时，关键在于你的肠道内部。
论文摘要
方法
研究人员使用无菌小鼠模型来隔离肠道微生物对代谢的影响。他们从五名成年捐赠者中收集了粪便样本，每种物种各五名（人类、松鼠猴和猕猴），筛选出正常体重指数且近期未使用抗生素的个体，并用这些样本创建了特定物种的细菌混合物。然后，他们通过口服给药的方式将这些细菌混合物给予每组十只年轻、无菌的小鼠。在60天内，他们跟踪了多个代谢指标，包括体重、食物摄入、血液化学、身体成分（使用MRI扫描）以及肠道细菌和小鼠肝脏功能的各种分子测量。
结果
研究显示，接受不同灵长类动物肠道细菌的小鼠之间存在明显的代谢差异。接受人类和松鼠猴肠道细菌的小鼠表现出更高的食物摄入量但体重增长较少，更高的血糖水平，增加的与葡萄糖生成相关的肝酶活性，以及更低的体脂百分比。这些小鼠还显示出较高水平的特定细菌代谢物（SCFAs），已知这些代谢物会影响代谢。相反，接受猕猴肠道细菌的小鼠尽管吃得较少，但储存了更多的能量作为脂肪。
局限性
该研究有几个重要的局限性。人类捐赠者来自单一低体重指数人群，可能无法代表全球人类多样性。研究使用了每种灵长类动物的一个单一群体，这可能限制了普遍性。此外，虽然小鼠模型在控制变量方面很有用，但它可能无法完全反映这些肠道细菌在其原生灵长类动物宿主中的功能。小鼠的能量预算约束也可能影响了它们对人类肠道细菌的反应。
讨论与结论
这项研究表明，肠道细菌可能在某些灵长类动物大脑进化的关键过程中发挥了重要作用，通过帮助管理脑组织的高能量需求。研究结果表明，肠道细菌可能有助于创造特定物种的代谢模式，这些模式要么有利于大脑的能量供应，要么促进脂肪储存。这项工作为理解人类进化以及现代肠道细菌与代谢之间的关系开辟了新的途径。
资助与披露
该研究由CIFAR的“人类与微生物组”奖学金和三星奖学金基金会资助。研究人员声明没有竞争利益。该研究涉及灵长类动物和小鼠研究的多个机构动物护理和使用委员会批准，以及西北大学机构审查委员会的人类受试者批准。
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