Bahan Bakar Tersembunyi Otak Manusia: Bagaimana Mikroba Usus Membentuk Kecerdasan

Mikroba yang mendukung produksi lebih banyak energi metabolik bisa menjadi kunci evolusi otak besar.

Mikroba yang meningkatkan produksi energi metabolik mungkin memainkan peran penting dalam evolusi otak besar.

• Studi pertama yang menunjukkan bahwa mikroba usus dari hewan yang berbeda jenis variasi bentuk dalam biologi mereka.
• Memberikan wawasan segar mengenai evolusi manusia, khususnya perkembangan otak besar.
• Tikus dengan mikroba usus dari primata berotak besar makan lebih banyak tetapi tumbuh lebih lambat dan mengumpulkan lebih sedikit lemak tubuh.
• Kelebihan energi pada tikus ini digunakan untuk menghasilkan glukosa tingkat tinggi, bahan bakar utama otak.

Kebutuhan Energi Otak dan Pengaruh Mikroba

Jaringan otak merupakan salah satu jaringan yang paling menguras energi dalam tubuh, dan akibatnya, mamalia berotak besar memerlukan lebih banyak energi untuk mendukung pertumbuhan dan pemeliharaan otak. Perubahan biologis apa yang memungkinkan nenek moyang manusia memenuhi kebutuhan energi yang sangat tinggi seiring dengan evolusi otak yang lebih besar masih belum jelas. Yang baru Universitas Barat Laut Studi menunjukkan peran mikroba usus, organisme hidup kecil dalam sistem pencernaan kita yang membantu memecah makanan dan menghasilkan energi.

Dalam percobaan laboratorium terkontrol, para peneliti menanamkan mikroba dari dua spesies primata otak besar (manusia dan monyet tupai), dan satu spesies primata otak kecil (kera), ke dalam tikus.

Temuan mereka menunjukkan tikus dengan mikroba dari spesies primata otak besar menghasilkan dan menggunakan lebih banyak energi, sedangkan tikus dengan mikroba dari spesies otak kecil menyimpan lebih banyak energi dalam bentuk lemak.

Dampak Lebih Luas pada Pemahaman Evolusi

Data ini adalah yang pertama menunjukkan mikroba usus dari berbagai spesies hewan membentuk variasi biologi antar spesies hewan dan mendukung hipotesis bahwa mikroba usus mungkin mempengaruhi evolusi dengan mengubah cara kerja tubuh hewan.

Studi ini menawarkan perspektif baru mengenai evolusi manusia, khususnya evolusi otak besar kita.

Temuan ini akan dipublikasikan hari ini (2 Desember) di jurnal Genomik Mikroba.

Membandingkan Penggunaan Energi Primata dan Perkembangan Metabolik

Penelitian sebelumnya telah membandingkan pengaruh gen dan lingkungan pada primata yang memiliki otak lebih besar dan lebih kecil. Namun, hanya ada sedikit penelitian yang membandingkan bagaimana berbagai primata menggunakan energi. Bahkan lebih sedikit informasi yang tersedia tentang bagaimana metabolisme berkembang pada spesies primata yang berbeda.

“Kami mengetahui komunitas mikroba yang hidup di usus besar dapat menghasilkan senyawa yang mempengaruhi aspek biologi manusia – misalnya menyebabkan perubahan metabolisme yang dapat menyebabkan insulin resistensi dan penambahan berat badan,” kata penulis pertama studi tersebut Katherine Amato, profesor antropologi di Northwestern.

“Variasi mikrobiota usus adalah mekanisme yang belum dijelajahi di mana metabolisme primata dapat memfasilitasi kebutuhan energi otak yang berbeda,” kata Amato.

Setelah memperkenalkan mikroba usus ke tikus bebas mikroba, para peneliti mengukur perubahan fisiologi tikus dari waktu ke waktu, termasuk pertambahan berat badan, persentase lemak, glukosa puasa, fungsi hati dan sifat-sifat lainnya. Mereka juga mengukur perbedaan jenis mikroba dan senyawa yang dihasilkannya pada setiap kelompok tikus.

Pola dan Kesimpulan yang Diamati

Para peneliti berharap menemukan mikroba dari primata yang berbeda akan menyebabkan perbedaan dalam biologi tikus yang diinokulasi dengan mikroba tersebut. Mereka juga memperkirakan tikus dengan mikroba manusia memiliki perbedaan biologi terbesar dibandingkan tikus dengan mikroba dari dua spesies lainnya.

“Meskipun kami melihat bahwa tikus yang disuntik dengan manusia memiliki beberapa perbedaan, pola yang paling kuat adalah perbedaan antara primata berotak besar (manusia dan monyet tupai) dan primata berotak kecil (kera),” kata Amato.

Tikus yang diberi mikroba dari manusia dan monyet tupai memiliki biologi serupa, meskipun kedua spesies primata berotak besar ini bukanlah kerabat evolusi dekat satu sama lain. Hal ini menunjukkan hal lain selain kesamaan nenek moyang – kemungkinan besar kesamaan sifat otak besar mereka mendorong kesamaan biologis yang terlihat pada tikus yang diinokulasi dengan mikroba.

“Temuan ini menunjukkan bahwa ketika manusia dan monyet tupai berevolusi secara terpisah dengan otak yang lebih besar, komunitas mikroba mereka berubah dengan cara yang sama untuk membantu menyediakan energi yang diperlukan,” kata Amato.

Arah Penelitian Masa Depan

Dalam penelitian selanjutnya, para peneliti berharap dapat menjalankan percobaan dengan mikroba dari spesies primata tambahan dengan ukuran otak yang berbeda-beda. Mereka juga ingin mengumpulkan lebih banyak informasi tentang jenis senyawa yang dihasilkan mikroba dan mengumpulkan data tambahan mengenai sifat biologis inang seperti fungsi kekebalan dan perilaku.

Referensi: “Mikrobiota usus primata berkontribusi terhadap perbedaan interspesifik dalam metabolisme inang” oleh Elizabeth K. Mallott, Sahana Kuthyar, Won Lee, Derek Reiman, Hongmei Jiang, Sriram Chitta, E. Alexandria Waters, Brian T. Layden, Ronen Sumagin, Laura D. Manzanares, Guan-Yu Yang, Maria Luisa Savo Sardaro, Stanton Gray, Lawrence E. Williams, Yang Dai, James P. Curley, Chad R. Haney, Emma R. Liechty, Christopher W. Kuzawa dan Katherine R. Amato, 2 Desember 2024, Genomik Mikroba.
DOI: 10.1099/mgen.0.001322