My lidé obdivujeme naše velké mozky, které z nás udělaly nejvyspělejší živočichy na planetě. Jejich provoz však vyžaduje spoustu energie. Nová studie naznačuje, že jsme za to, že jsme tak chytří, zaplatili vysokou cenu. V průběhu evoluce lidé oproti ostatním primátům zeslábli a vyměnili svaly za mozek.

Při průměrném objemu 1400 centimetrů krychlových je náš mozek třikrát větší než mozek našich nejbližších žijících evolučních bratranců, šimpanzů. I když vědci diskutují o tom, proč jsou naše hlavy tak velké, jedno je jisté: mozek je nákladný orgán. Náš mozek spotřebuje 20 % energie, když jsme v klidu, což je více než dvakrát tolik, co spotřebují šimpanzi a další primáti. V devadesátých letech minulého století britští vědci zjistili, žeLeslie Aiello a Peter Wheeler navrhli takzvanou hypotézu drahé tkáně a tvrdili, že lidský trávicí systém, který spotřebovává velké množství energie na metabolismus naší potravy, se značně zmenšil, aby pomohl tuto cenu zaplatit.

Aby zjistili, k jakým dalším kompromisům mohlo dojít, tým vedený Philippem Khaitovichem, biologem z partnerského ústavu CAS-MPG pro výpočetní biologii v čínské Šanghaji, zkoumal profily spotřeby energie pěti různých tkání u čtyř živočišných druhů. Tři z těchto tkání se nacházely v mozku: prefrontální kůra (podílí se na pokročilém poznávání), primární zraková kůra (zpracovává smysl pro zrak) a mozečková kůra (klíčová pro řízení motoriky). Další dvě tkáně byly ledviny a stehenní sval. Zvířecími druhy ve studii byli lidé, šimpanzi, opice rhesus a myši, jejichž tkáně byly odebrány krátce po jejich smrti.

Výzkumníci místo přímého měření spotřeby energie použili zástupný ukazatel zvaný metabolom – soubor malých molekul neboli metabolitů, které buď pohánějí živé tkáně, nebo tvoří jejich strukturu, včetně aminokyselin, tuků, cukrů, vitaminů a dalších sloučenin. Tým zjistil přibližně 10 000 různých metabolitů v každém typu tkáně a na vzorku 14 jedinců od každého ze čtyř druhů porovnal metabolické a genetické rozdíly mezi těmito různorodými živočichy. Jak dnes vědci uvádějí v časopise PLOS Biology, rozdíly v profilech metabolomů mezi myšmi, opicemi a šimpanzi nebyly větší než relativně malé genetické rozdíly mezi nimi, což znamená, že evoluce pravděpodobně žádnou z jejich tkání výrazně nezměnila. Stejně tak nebyly nalezeny důkazy o významných evolučních změnách v lidských ledvinách nebo zrakové či mozečkové kůře.

Naopak profil metabolomu lidské prefrontální kůry byl dramaticky změněn oproti ostatním primátům: Při použití rozdělení mezi člověkem a myší (před 130 miliony let) a mezi člověkem a opicí (před 45 miliony let) jako výchozího bodu tým vypočítal, že metabolom šimpanze se během zhruba 6 milionů let od rozdělení lidských a šimpanzích linií vyvíjel čtyřikrát rychleji než metabolom šimpanze. (Genetické rozdíly mezi oběma druhy jsou naproti tomu jen asi 2%.)

Tento výsledek nebyl šokující vzhledem k horám důkazů o větší kognitivní zdatnosti lidského mozku ve srovnání s ostatními primáty. Co však tým překvapilo, byly rozdíly v profilech kosterního svalstva primátů a lidí: lidský metabolom se vyvíjel více než osmkrát rychleji než metabolom šimpanzů od doby, kdy se oba druhy vydaly svou evoluční cestou.

Aby se tým ujistil, že tento rozdíl není způsoben pouze rozdíly v prostředí a stravě, vystavil opice něčemu, co se podobá životnímu stylu moderního člověka. Vědci vzali 12 opic makaků a rozdělili je do dvou skupin po šesti. Jednu skupinu umístili do individuálních, osamělých klecí, aby omezili množství pohybu, a krmili ji vařenou stravou s vysokým obsahem tuků a cukrů; druhou skupinu umístili do osamělých klecí, ale krmili ji běžnou stravou ze syrové rostlinné potravy. Když bylo těchto 12 subjektů porovnáno s kontrolní skupinou 17 opic, které byly krmeny normální stravou a mohly se pohybovat venku v rodinných skupinách, rozdíly v jejich metabolomech byly minimální a nedosahovaly více než 3 % metabolických změn zjištěných u lidí. To vylučuje dietní nebo environmentální vysvětlení rozdílů, uzavírají vědci.

Nakonec tým provedl klíčový test: porovnal sílu makaků, šimpanzů a lidí. Ačkoli velmi omezené dřívější studie naznačovaly, že lidé jsou při zohlednění tělesné velikosti slabším druhem, žádné systematické srovnání nebylo provedeno. Výzkumníci proto vymysleli experiment, v němž makakové, šimpanzi a lidé museli ze všech sil vytáhnout nastavitelné závaží, přičemž museli použít svaly paží i nohou (viz video). Opice a šimpanzi byli motivováni touhou urvat si potravní odměnu, zatímco lidé – mezi nimiž bylo pět univerzitních hráčů basketbalu a čtyři profesionální horolezci – byli motivováni nabádáním výzkumníků, aby podali co nejlepší soutěžní výkon. Výsledek:

Tým připouští, že zatím není jasné, proč rozdíly v metabolomu mezi lidmi a ostatními primáty vedou ke slabší svalové síle; když vědci zkoumali možné strukturální rozdíly mezi šimpanzími a lidskými stehenními svaly, žádné nenašli, takže jako nejpravděpodobnější vysvětlení zůstávají dosud neznámé rozdíly ve spotřebě energie. A přestože vědci upozorňují, že rozdíly mezi lidmi a ostatními primáty mohly být částečně způsobeny rozdílnou úrovní motivace při tahání závaží, konzistentnost zjištění naznačuje, že lidé jsou skutečně celkově slabší. Vědci předpokládají, že paralelní evoluce většího mozku a slabších svalů na lidské linii nemusela být náhodná, ale spíše způsobená „přerozdělením“ energetických zdrojů mezi oběma tkáněmi. Myšlenka takového kompromisu „je velmi jednoduchá hypotéza,“ říká Khaitovich, „ale v evoluci jsou jednoduchá vysvětlení často ta nejlepší.“

Aiello, která je nyní prezidentkou Wenner-Grenovy nadace pro antropologický výzkum v New Yorku, říká, že nedávný výzkum naznačil, že „energetické kompromisy relevantní pro evoluci mozku jsou složitější“, než ona a Wheeler původně předpokládali ve své hypotéze mozek versus střeva, a že „tato práce ukazuje další možný kompromis mezi metabolickými požadavky mozku a kosterního svalstva.“

Aiello a další vědci se však domnívají, že lidé nejen zeslábli, ale začali používat své svaly jinými způsoby, které vyžadovaly méně celkové síly, například pro vytrvalostní běh při lovu nebo jiných činnostech – což je myšlenka, kterou zastává Daniel Lieberman, antropolog z Harvardovy univerzity.

Lieberman říká, že nová práce „je velmi skvělá a zajímavá“, ale nevěří jejímu návrhu na kompromis mezi mozkem a svalstvem během evoluce člověka. „Lidé jsou méně silní než šimpanzi, ale nevěřím, že jsme méně atletičtí,“ říká Lieberman. Proto tvrdí, že lidé stále využívali velké množství svalové energie, ale používali ji spíše na úkoly, které dlouhodobě zvyšovaly jejich přežití, než na výkony hrubé síly. S našimi většími a chytřejšími mozky, říká Lieberman, lidé vymysleli způsoby, jak být energeticky efektivnější – stali se efektivnějšími lovci, naučili se vařit si jídlo a sdílet zdroje ve větších skupinách. Jinými slovy, v evoluční loterii někdy zvítězí spíše ten nejchytřejší než nejsilnější.

(Video credit: Kasia Bozek)

.