Мозг — самый прожорливый орган человеческого тела. При массе около 2% от веса тела он потребляет примерно 20% всей энергии. И почти вся эта энергия — глюкоза. Откуда её брали наши предки, когда ни хлеба, ни картошки ещё не существовало? Новое исследование, опубликованное в Science, утверждает: главным топливом для растущего мозга были природные сахара — фрукты и мёд.

Группа учёных из Сиднейского и Глазговского университетов построила модель, охватывающую последние четыре миллиона лет эволюции человека. Они рассчитали так называемую «обязательную потребность в глюкозе» — количество, необходимое мозгу, красным кровяным клеткам, почкам и репродуктивным тканям, включая плод, плаценту и молочные железы. Затем сравнили эти цифры с вероятными источниками пищи в разные эпохи.

Сладкая жизнь до огня

Результаты оказались неожиданными для тех, кто привык считать мясо главным двигателем эволюции. Авторы работы признают: животная пища действительно была важна, но палеоантропологи почти не обращали внимания на потребность мозга в глюкозе. А она огромна.

За четыре миллиона лет мозг гомининов вырос с примерно 300 граммов — как у шимпанзе, как у знаменитой Люси — до 1500 граммов у современного человека. Пропорционально рос и аппетит к углеводам. Но сырой крахмал, которым богаты клубни и зёрна, не отдаёт глюкозу без термической обработки. До широкого распространения огня и кулинарии единственным надёжным источником быстрых углеводов были сладкие плоды и мёд.

«Люди часто думают, что углеводы — это хлеб и крупы, но большую часть эволюции человека углеводы поступали из фруктов, мёда и подземных частей растений», — объясняет ведущий автор исследования профессор Дженни Бранд-Миллер из Центра Чарльза Перкинса Сиднейского университета.

Шесть этапов эволюции

Исследователи разделили четыре миллиона лет на шесть эволюционных стадий. Для каждой они оценивали, как менялось соотношение животной и растительной пищи и сколько углеводов было доступно. В расчёт брали данные о составе продуктов, метаболизме, физиологии, изотопном анализе ископаемых, морфологии зубов, археологии, рационах приматов и генетике.

Модель показала: ранние гоминины — австралопитеки вроде Люси, Homo habilis и Homo erectus — почти наверняка сильно зависели от богатой углеводами пищи, прежде всего фруктов. Позже, когда огонь и приготовление еды стали обычным делом, в рацион вошли крахмалистые подземные продукты: дикий ямс, корневища кувшинок, африканский картофель. А вот мука и злаки, по археологическим данным, появились в питании человека гораздо позже.

Беременность и тяга к сладкому

Отдельная глава исследования посвящена репродукции. Оказалось, что женщины во время беременности и кормления нуждались в значительно большем количестве глюкозы, чем остальные взрослые. Плод и плацента предъявляют дополнительные требования к углеводам, а производство молока тоже затратно.

Соавтор работы профессор Дэвид Раубенхаймер из того же Центра Чарльза Перкинса подчёркивает: когда мы говорим о пище, поддерживавшей эволюцию человека, нужно учитывать не только рост мозга, но и потребности беременности и воспитания детей. Это, по его словам, помогает понять, почему беременных часто тянет на фрукты.

Желание сладкого у детей тоже получает объяснение. «Наша тяга к сладкому инстинктивна, — говорит Бранд-Миллер. — Детям нужно больше энергии в форме углеводов, чем взрослым, потому что их мозг в период развития забирает до двух третей базального метаболизма».

Исследование не отменяет роль мяса в эволюции, но смещает акцент: возможно, именно сахара из фруктов и мёда дали мозгу топливо для рывка. А наша современная любовь к десертам — не слабость, а эхо древней необходимости.

Мозг — настоящий обжора. При весе всего около двух процентов от массы тела взрослого человека он потребляет примерно пятую часть всей энергии в состоянии покоя. У детей аппетиты ещё серьёзнее: к пяти годам мозг забирает до 66 процентов энергии организма. Работает этот прожорливый орган на глюкозе, которую тело получает из углеводов — крахмалов в картофеле, кукурузе и хлебе, а также сахаров во фруктах и мёде.

Сегодня найти достаточно еды для прожорливого мозга несложно. Но нашим далёким предкам приходилось гораздо труднее: по мере эволюции мозг рос, и его энергетические запросы увеличивались. Долгое время учёные считали, что топливом для этого роста служили продукты животного происхождения — мясо, костный мозг, жир. Но в них почти нет углеводов. А до изобретения кулинарии древние гоминины не могли получать глюкозу из крахмалистых корнеплодов и злаков — сырой крахмал усваивается плохо. Значит, источник сахара был другим.

По мнению авторов нового исследования, опубликованного в журнале Science, задолго до появления печенья и газировки наши предки вполне могли быть сладкоежками. Вместо десертов они, судя по всему, разоряли пчелиные гнёзда ради мёда и искали спелые фрукты. Природные сахара из этих продуктов, возможно, и питали один из самых энергозатратных проектов эволюции — человеческий мозг.

«Думаю, нам стоит признать: сладкое невероятно важно для человека, и это желание нужно удовлетворять регулярно», — говорит соавтор исследования Дженни Бранд-Миллер, специалист по питанию человека из Сиднейского университета.

Кстати, о странных поворотах эволюции и спорах учёных мы уже писали: Почему Плутон мог стать не последним: спор из-за объекта крупнее него. Но вернёмся к сладкому прошлому человечества.

Современные жители Анд, веками живущие на больших высотах, несут в себе рекордное число копий гена AMY1, который помогает расщеплять крахмал. Причина, по мнению исследователей, проста: картофель был главным источником калорий для древних андских общин, и те, кто переваривал его эффективнее, оставляли больше потомства, передавая свои гены дальше.

Чтобы проследить, как менялись диеты и потребности гомининов на протяжении последних четырёх миллионов лет — а именно за это время мозг вырос с 300 до 1500 граммов, — Дженни Бранд-Миллер и её коллеги построили модель. За отправную точку они взяли рацион, похожий на шимпанзиный, а затем последовательно двигались через австралопитека афарского, человека умелого, человека прямоходящего и, наконец, современных охотников-собирателей. На каждом этапе учёные оценивали размеры мозга и тела, долю растительной и животной пищи и то количество глюкозы, которое требовалось мозгу и другим тканям.

Расчёты показали: самые ранние гоминины могли получать более 65 процентов энергии из природных сахаров — фруктов и другой сладкой пищи. Но как только ранние люди начали готовить крахмалистые растения — дикий ямс и другие клубни, а позже и злаки, — сладкие продукты, вероятно, утратили прежнее значение: варёный крахмал стал альтернативным источником глюкозы.

Это не означает, что животная пища была неважна для эволюции человека. Скорее, исследование подсвечивает роль сахара, которую раньше редко замечали. «Я вижу это как параллельные истории, а не как замену одной другой», — говорит Бранд-Миллер в интервью Science News.

Палеоантрополог Марина Лозано, не участвовавшая в работе, согласна с таким подходом. Модель подтверждает: «животные белки и жиры, а также глюкоза растительного происхождения были ключевыми», — отмечает она, сотрудница Каталонского института палеоэкологии человека и социальной эволюции в Испании.

Впрочем, реконструкция древних меню неизбежно требует догадок. Лозано, например, сомневается, что авторы не слишком рано поместили широкое распространение кулинарии.

Споры о том, когда именно люди начали готовить пищу, начались задолго до новой статьи. Ещё в 2015 году часть исследователей, участвовавших в нынешней работе, утверждала, что варёный крахмал был критически важен для роста мозга ранних людей. Но тогда биологический антрополог Шара Бейли из Нью-Йоркского университета возразила: «Крупный мозг уже существовал к тому времени, когда у нас появляются надёжные свидетельства приготовления пищи».

Сахар, а не только мясо, мог стать топливом для роста человеческого мозга. Новое исследование, опубликованное в Science, предполагает, что природные сахара из фруктов и мёда сыграли ключевую роль в эволюции нашего самого энергоёмкого органа. Учёные смоделировали потребности в глюкозе за последние 4 миллиона лет и пришли к выводу, что до появления кулинарии именно сладкие продукты обеспечивали энергией растущий мозг. Это также объясняет, почему современные люди так любят сладкое.

Мозг вырос в пять раз за четыре миллиона лет

За четыре миллиона лет человеческий мозг увеличился с примерно 300 граммов у ранних гомининов до 1 500 граммов у Homo sapiens. Рост органа требовал всё больше глюкозы — основного топлива для нейронов. Команда под руководством диетолога Дженни Бранд-Миллер из Сиднейского университета и археолога Карен Харди из Университета Глазго построила модель, которая оценивает, как менялась потребность в глюкозе на разных этапах эволюции и какие продукты могли её удовлетворять.

Исследователи рассчитали «необходимую потребность в глюкозе» — минимальное количество, которое требуется мозгу, эритроцитам, почкам и репродуктивным тканям, включая плод, плаценту и молочные железы. Затем они сопоставили эти цифры с доступными источниками пищи для предков человека на шести эволюционных стадиях. Учитывались состав рациона, метаболизм, физиология, ископаемые находки, строение зубов, археологические данные, диеты приматов и генетика.

Сладкое было доступнее, чем крахмал

Модель показала: ранние гоминины, такие как «Люси», имели мозг, сопоставимый с мозгом шимпанзе, но уже тогда нуждались в заметном количестве глюкозы. Homo habilis и Homo erectus, судя по всему, активно полагались на богатые углеводами продукты — прежде всего фрукты. Позже, когда использование огня и приготовление пищи стало обычным делом, крахмал из подземных растений, таких как дикий ямс, корневища водяной лилии и африканский картофель, начал вносить вклад в поступление глюкозы.

Бранд-Миллер подчёркивает: «Сырой крахмал не выделяет глюкозу, а значит, ранние люди могли полагаться на естественно сладкие продукты задолго до того, как злаки стали регулярной частью рациона». Археологические данные указывают, что зерновые вошли в диету человека значительно позже. «Люди часто думают об углеводах как о хлебе и крупах, но большую часть эволюции углеводы поступали из фруктов, мёда и подземных растительных продуктов», — поясняет исследовательница.

Энергия для беременности и лактации

Отдельное внимание в работе уделено репродуктивным потребностям. Женщины в детородном возрасте нуждаются в существенно большем количестве глюкозы, чем другие взрослые, из-за повышенных требований плода, плаценты и выработки молока. «Беременность и лактация требуют дополнительной энергии, которую невозможно в достаточной мере обеспечить только животной пищей», — говорит Харди. Моделирование показывает, что потребности в глюкозе у беременных женщин неуклонно росли на протяжении эволюции, по мере увеличения размеров их мозга и тела.

Этот вывод бросает вызов давнему акценту на мясной диете как главном двигателе эволюции человека. «Хотя животная пища была важна, потребность мозга в глюкозе почти не привлекала внимания антропологов», — отмечает Бранд-Миллер. «Человеческий мозг необычайно велик относительно размеров тела и требует значительного количества энергии».

Почему нас тянет на сладкое

Исследование предлагает свежий взгляд на нашу врождённую тягу к сладкому. Если на протяжении миллионов лет фрукты и мёд были критически важным источником энергии для растущего мозга, то предпочтение сладкого вкуса могло закрепиться как эволюционное преимущество. Те, кто эффективнее находил и потреблял сахара, имели больше шансов выжить и оставить потомство.

Так сахар, который сегодня часто демонизируют, оказывается не просто приятным бонусом, а возможным соавтором человеческого разума. Исследователи не утверждают, что мясо не играло роли, но подчёркивают: энергетические потребности мозга удовлетворялись в первую очередь за счёт углеводов. Это смещает фокус с белковой гипотезы на более сложную картину, где сладкое было не роскошью, а необходимостью.

Сладкий след эволюции

Современные диетологи демонизируют сахар — и не без оснований: рафинированный продукт в огромных количествах добавляют едва ли не во все готовые продукты. Но новое исследование предлагает взглянуть на сахар иначе: как на один из главных двигателей эволюции человеческого мозга. Учёные из Университета Сиднея и Университета Глазго, опубликовавшие работу в журнале Science, утверждают: легкоусвояемые сахара — глюкоза и фруктоза из природных источников — могли сыграть решающую роль в развитии нашего разума.

Прямой доступ к таким сахарам давал нашим предкам огромное эволюционное преимущество. Более того, врождённая любовь к сладкому, свойственная практически всем людям, — не современная привычка, а наследие естественного отбора. Те доисторические люди, которые быстро распознавали спелый фрукт или улей с мёдом, получали мгновенную энергию и, как следствие, больше шансов выжить и оставить потомство.

Мясо — не единственный ответ

Долгое время считалось, что главным топливом для растущего мозга были продукты животного происхождения — мясо с его высокой энергетической и питательной плотностью. Новая теория не отвергает эту идею, но предлагает пересмотреть баланс: возможно, природные сахара значили не меньше, а то и больше.

Чтобы проверить гипотезу, исследователи реконструировали и смоделировали потребность человека в глюкозе за последние четыре миллиона лет — параметр, который антропологи до сих пор почти не учитывали. Выяснилось, что параллельно с охотой наши предки развивали всё более изощрённые способы добычи сладкой пищи. Древнейшие гоминиды, включая Homo habilis и Homo erectus, судя по всему, сильно зависели от продуктов, богатых углеводами, — прежде всего от фруктов и мёда.

Ситуация изменилась с приручением огня и появлением кулинарии. Сырой крахмал усваивается плохо, но термическая обработка резко повышает доступность глюкозы. Тогда же в рацион вошли подземные источники углеводов — например, клубни, похожие на картофель. А злаки, если верить археологическим данным о первых помолах семян возрастом «всего» 65 тысяч лет, появились в питании человека значительно позже.

Мозг, который требует топлива

За четыре миллиона лет человеческий мозг вырос примерно с 300 до 1500 граммов. Глюкоза — его основное топливо, но она нужна и другим тканям: эритроцитам, почкам, репродуктивным органам, а также плоду, плаценте и молочным железам. Поэтому в ходе эволюции — особенно с учётом беременности и выкармливания потомства — потребность организма в этом сахаре неуклонно росла.

Учёные ввели понятие «обязательной потребности в глюкозе» и рассчитали её для шести последовательных этапов эволюции, сопоставив с вероятными доступными источниками пищи. На ранних стадиях эту потребность закрывали именно природные сахара. Они и заложили основу для развития мозга, который не только необычайно велик относительно размеров тела, но и потребляет около 20–25% всей энергии организма.

Сахара и крахмалы, предполагают авторы, помогли сформировать не только мозг, но и многие черты, делающие нас людьми. Помимо умения находить спелые плоды и осваивать новые растительные ресурсы — с их клетчаткой, витаминами и минералами — человек научился добывать мёд. Этот концентрированный источник энергии не требовал возделывания земли и был доступен в готовом виде.

Кстати, вопрос о том, какие именно факторы двигали эволюцию, не впервые заставляет учёных спорить. Мы уже рассказывали, как астрономы оказались перед похожей дилеммой, когда объект крупнее Плутона заставил пересмотреть устоявшиеся представления. Иногда новые данные меняют картину прошлого сильнее, чем кажется на первый взгляд.