Александр Каплан - Тайны мозга

Ограниченность и высокая ценность энергетических ресурсов в организме сделали мозг и мышцы непримиримыми конкурентами. Международная группа исследователей под руководством профессора Филиппа Хайтовича сравнили расход энергии в нервной и мышечной тканях, а также в почках, сердце и других органах у людей, шимпанзе, макак и мышей. Общий расход энергии определяли по совокупному метаболизму с участием более 10 000 видов органических молекул, которые служат энергетическим или структурным сырьем для клеток. Оказалось, что различия в метаболической энергетике клеток различных органов мышей, макак и шимпанзе и даже человека были невелики. Сюрпризом стало резкое отличие метаболического профиля клеток префронтальной коры мозга человека по сравнению с корой обезьян: интенсивность энергообмена в мозге человека была в четыре раза выше, чем у обезьян. Ученые оценили скорость метаболических изменений в человеческом мозге: получилось, что за 6 млн лет, что отделяют нас от шимпанзе, метаболизм человеческого мозга эволюционировал в четыре раза быстрее, чем у обезьян, хотя генетические различия между теми и другими, как известно, составляют не более 2 %.

В этом нет ничего удивительного — человеку пришлось решать гораздо более сложные задачи, чем обезьянам. Удивительным оказалось другое: метаболический спектр скелетных мышцу человека тоже сильно отличался от такового у приматов, причем настолько, что это требовало в восемь раз более быстрых эволюционных преобразований за те же шесть миллионов лет, что развели обезьян и человека по разным эволюционным траекториям.

Первой гипотезой, объясняющей эти различия в скорости эволюционных процессов, могло быть очевидное изменение рациона питания и условий жизни. Для проверки этой гипотезы исследователи провели эксперимент: двенадцать обезьян разделили на две группы, одних рассадили по одной и кормили приготовленной едой, богатой жирами и углеводами (имитация пищи современного человека), других тоже рассаживали поодиночке, но держали на привычном для обезьян корме из грубой растительной пищи. Метаболизм тех и других сравнивали между собой, и вдобавок еще — с обменом веществ других макак, которые не только питались, как обычно в природе, но могли свободно общаться друг с другом. Однако, несмотря на отличия в образе жизни, разница в метаболических картах у по-разному питавшихся макак составила всего 3 %, намного меньше, чем между обезьянами и людьми. Ученые сделали вывод, что отличия в обмене веществ между человеком и прочими приматами нельзя списать только лишь на счет экологических изменений, здесь явно действовал направленный эволюционный отбор.

Конечно, вывод об отсутствии влияния экологического фактора на энергетику организма на основе этого эксперимента не совсем убедителен, если учесть, что для чистоты эксперимента обезьян надо было держать на человеческом рационе не несколько экспериментальных дней, а те самые шесть миллионов лет, которые отделили их от человека.

Интереснее были прямые сравнения мускульной силы шимпанзе, макак и людей. В эксперименте обезьяны должны были, ухватившись за веревку, подтягивать к себе платформу с едой, используя мышцы обеих рук и обеих ног. В механизм закладывали разные нагрузки. Люди выполняли эту работу без пищевого подкрепления. Дабы критики не указывали на недостаточный опыт человека в деле перетягивания каната, в соревновании участвовали скалолазы.

Оказалось, что с учетом мышечной массы люди в были среднем в два раза слабее приматов. Дальнейшие исследования показали, что мышцы людей и мышцы шимпанзе используют энергию одинаковым образом. То есть, проще говоря, мышцы людей работают так же, как обезьяньи, только слабее. И макака резус, будь она ростом с человека, легко могла бы превзойти по силе даже профессионального спортсмена.

Исследователи полагают, что это ослабление в ходе эволюции мышц за счет снижения их энергетики и одновременное с этим постепенное увеличение объема мозга — процессы взаимосвязанные: мышцы уступали свои энергетические позиции мозгу. Но в этом исследовании биологи анализировали взаимосвязь в эволюционной динамике только между мышцами и мозгом. Вполне возможно, что мозг человека по мере своего развития расширял энергопотребление не только за счет пищеварительной системы и скелетных мышц.

— И тогда нашему мозгу, если бы вдруг понадобилось громадное количество глюкозы на мышцы, пришлось бы очень плохо, — уверяет профессор Хайтович. — С другой стороны, наши мышцы сейчас приспособились к тому, чтобы потреблять другой источник энергии, например жирные кислоты, которые позволяют работать не так хорошо, но долго.

Но тем не менее факт остается фактом: чем сильнее мышцы, мощнее мускулатура, тем больше энергии на них уходит. По всей видимости, у предков человека произошла адаптация: чтобы больше энергии доставалось мозгу для его деятельности, мышцы стали слабее, и у них уменьшился энергетический аппетит. А у шимпанзе и других приматов на мозг тратится в два раза меньше энергии, поэтому мышцы у них крепче.

Правда, возможна и другая гипотеза — не исключено, что в ходе эволюционного процесса мозг и вовсе не отбирал энергию напрямую у мышц или кишечника. Все могло быть по-другому: пользуясь «административным ресурсом», мозг мог регулировать поведение таким образом, чтобы мышцам требовалось все меньше участвовать в разнообразной деятельности человека. В частности, человек тратил все меньше мышечной энергии по сравнению с обезьянами хотя бы потому, что постепенно переходил на оседлый образ жизни. Человек все чаще стал действовать «с умом», не полагаясь на одну лишь грубую силу. В этой схеме все получается наоборот: растущий мозг в силу развивающегося интеллекта все более освобождал мышцы от физических нагрузок, тем самым высвобождая энергетические ресурсы для себя.

Гипотеза «эгоистического мозга» особенно явно подтверждается многочисленными личными примерами самих кабинетных «ученых-ботаников», их интеллект позволил мышцам настолько снизить свою рабочую активность, что иной раз они уже неспособны обеспечить своему хозяину подъем по лестнице на второй этаж. Кстати, в отличие от мозга, в состоянии покоя мышцы почти не тратят энергии, поэтому при малейшей их активации мозг сразу чувствует отток энергетических ресурсов и совсем уж нетренированные люди чувствуют легкое головокружение, даже когда встают со стула. С этого момента и начинается серьезная конкуренция мышц с мозгом за источники энергии в организме. К счастью, на этот случай у организма есть запасные варианты.