우리의 큰 두뇌의 비밀은 장에 있을지도 모른다

뇌 조직은 신체에서 가장 에너지적으로 비용이 많이 드는 조직 중 하나이며, 그 결과 뇌가 큰 포유류는 뇌 성장과 유지를 지원하기 위해 더 많은 에너지가 필요합니다.

인간 조상이 더 큰 뇌를 진화시키면서 매우 높은 에너지 요구를 충족할 수 있었던 생물학적 변화가 정확히 무엇인지는 불분명합니다. 노스웨스턴 대학교의 새로운 연구는 소화계에서 음식을 분해하고 에너지를 생산하는 데 도움이 되는 작은 생물인 장내 미생물의 역할을 지적합니다.

연구진은 통제된 실험실 실험에서 큰 뇌를 가진 두 영장류 종(인간과 다람쥐원숭이)과 작은 뇌를 가진 한 영장류 종(마카크)의 미생물을 쥐에게 이식했습니다.

연구 결과에 따르면 뇌가 큰 영장류 종의 미생물을 가진 쥐는 더 많은 에너지를 생산하고 사용했지만, 뇌가 작은 종의 미생물을 가진 쥐는 더 많은 에너지를 지방으로 저장했습니다.

이 데이터는 다양한 동물 종의 장내 미생물이 동물 종 간 생물학적 변화에 영향을 미친다는 것을 보여준 최초의 연구이며, 장내 미생물이 동물의 신체 기능을 변화시켜 진화에 영향을 미칠 수 있다는 가설을 뒷받침합니다.

이 연구는 인간의 진화, 특히 우리의 대형 뇌의 진화에 대한 새로운 관점을 제시합니다.

이 연구 결과는 12월 2일 저널 '미크로비얼 게놈'에 게재될 예정입니다.

이전 연구에서는 더 크고 작은 뇌를 가진 영장류에 대한 유전자와 환경의 영향을 비교했습니다. 그러나 다른 영장류가 에너지를 어떻게 사용하는지 비교하는 연구는 매우 적습니다. 다른 영장류 종에서 신진대사가 어떻게 발달하는지에 대한 정보는 더욱 적습니다.

노스웨스턴 대학 인류학과 조교수이자 이 연구의 첫 번째 저자인 캐서린 아마토는 "우리는 대장에 사는 미생물 군집이 인체 생물학적 측면에 영향을 미치는 화합물을 생성할 수 있다는 사실을 알고 있습니다. 예를 들어, 신진대사를 변화시켜 인슐린 저항성과 체중 증가로 이어질 수 있습니다."라고 말했습니다.

아마토는 "장내 미생물군의 변화는 영장류의 신진대사가 뇌의 다양한 에너지 요구 사항을 촉진할 수 있는 탐구되지 않은 메커니즘입니다."라고 말했습니다.

장내 미생물을 미생물이 없는 생쥐에 도입한 후, 연구자들은 체중 증가, 지방 비율, 공복 혈당, 간 기능 및 기타 특성을 포함하여 시간 경과에 따른 생쥐 생리학의 변화를 측정했습니다. 또한 각 생쥐 그룹에서 미생물의 종류와 생성되는 화합물의 차이도 측정했습니다.

연구자들은 다른 영장류의 미생물이 접종된 쥐의 생물학에 차이를 가져올 것으로 예상했습니다. 또한 그들은 인간의 미생물을 가진 쥐가 다른 두 종의 미생물을 가진 쥐와 생물학에서 가장 큰 차이를 보일 것으로 예상했습니다.

"인간에게 접종된 쥐가 약간의 차이를 보인 것은 사실이지만, 가장 뚜렷한 패턴은 큰 뇌를 가진 영장류(인간과 다람쥐원숭이)와 작은 뇌를 가진 영장류(마카크) 간의 차이였습니다."라고 아마토는 말했습니다.

인간과 다람쥐 원숭이로부터 미생물을 받은 쥐는 비슷한 생물학을 가지고 있었는데, 이 두 큰 뇌를 가진 영장류 종은 서로 가까운 진화적 친척이 아니었습니다. 이는 공통 조상이 아닌 다른 것을 시사합니다. 아마도 큰 뇌라는 공통적 특성이 미생물을 접종받은 쥐에서 보이는 생물학적 유사성을 주도하고 있을 것입니다.

"이번 연구 결과는 인간과 다람쥐원숭이가 각각 더 큰 뇌를 따로 진화시켰을 때, 그들의 미생물 군집이 필요한 에너지를 공급하는 데 도움이 되도록 유사한 방식으로 변화했다는 것을 보여줍니다."라고 아마토는 말했습니다.

향후 연구에서 연구자들은 뇌 크기가 다른 다른 영장류 종의 미생물로 실험을 수행하기를 바라고 있습니다. 그들은 또한 미생물이 생성하는 화합물의 종류에 대한 정보를 더 많이 수집하고 면역 기능 및 행동과 같은 숙주의 생물학적 특성에 대한 추가 데이터를 수집하고 싶어합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/12/241203154642.htm