人类聪明的秘诀？可能藏在我们的肠道里

人类是所有灵长类动物中大脑与身体比例最大的，但科学家对大脑较大的哺乳动物如何进化以满足大脑生长和维持所需的巨大能量需求，仍知之甚少。美国西北大学的研究人员如今提供了首个直接实验证据，表明肠道微生物组有助于塑造不同灵长类物种间的脑功能差异。
该研究的首席研究员、生物人类学副教授凯蒂·阿马托表示：“我们的研究表明，微生物会影响与进化相关的特征，尤其是人类大脑的进化。”
这项新发现是在阿马托实验室早期研究的基础上取得的。早期研究显示，将大脑较大的灵长类动物的肠道微生物移植到小鼠体内后，这些微生物能产生更多的代谢能量。这种额外的能量至关重要，因为大脑的发育和运作需要大量能量。
在当前研究中，研究人员进一步深入到大脑本身。他们想知道，来自不同相对脑容量灵长类动物的肠道微生物是否真的能改变宿主小鼠的大脑功能。
为验证这一点，研究团队进行了严格控制的实验室实验。他们将两种大脑较大的灵长类动物（人类和松鼠猴）以及一种大脑较小的灵长类动物（猕猴）的肠道微生物，分别引入到自身没有任何微生物的小鼠体内。
八周后，研究人员观察到小鼠的大脑活动出现明显差异。接受小大脑灵长类动物微生物的小鼠，与接受大大脑灵长类动物微生物的小鼠相比，表现出截然不同的脑功能模式。
在植入大大脑灵长类动物微生物的小鼠中，科学家发现与能量生成和突触可塑性（即大脑学习和适应的过程）相关的基因活性更高。而在接受小大脑灵长类动物微生物的小鼠中，这些通路的活性则低得多。
阿马托说：“非常有趣的是，我们能够将宿主小鼠的大脑数据与实际猕猴和人类的大脑数据进行比较，令我们惊讶的是，小鼠大脑基因表达中观察到的许多模式，与实际灵长类动物自身的模式相同。换句话说，我们能够让小鼠的大脑看起来像提供微生物的灵长类动物的大脑。”
研究人员还发现了另一个意外结果：接受小大脑灵长类动物微生物的小鼠，表现出与多动症、精神分裂症、双相情感障碍和自闭症相关的基因表达模式。
此前的研究已发现自闭症等疾病与肠道微生物组组成差异之间存在关联，但肠道微生物直接导致这些疾病的证据一直有限。
阿马托指出：“这项研究提供了更多证据，表明微生物可能在因果关系上促成这些疾病——具体来说，肠道微生物组在发育过程中塑造脑功能。根据我们的发现，我们可以推测，如果人类大脑暴露于‘错误’微生物的作用下，其发育会发生改变，我们就会看到这些疾病的症状，也就是说，如果在生命早期没有接触到‘正确’的人类微生物，大脑的运作方式就会不同，这可能导致这些疾病的症状。”
阿马托认为，这些发现可能具有重要的临床意义，特别是在理解某些心理疾病的起源以及从进化角度看待大脑发育方面。
“思考不同物种和个体的大脑发育，研究是否可以通过观察跨物种的差异模式，发现微生物与大脑相互作用的规律，以及这些规律是否也适用于发育过程，这是很有趣的。”
这项名为《灵长类肠道微生物群诱导小鼠神经发育的进化显著变化》的研究发表在《美国国家科学院院刊》上。