В опубликованной статье «Роль углеводов в эволюции человека» Харди утверждается, что быстрое увеличение размеров человеческого мозга 800 000 лет было вызвано употреблением приготовленных крахмалистых корнеплодов.
Гипотеза основана на четырех ключевых аргументах:
1. Мозгу нужна глюкоза, а крахмалистые продукты ею богаты.
2. Крахмалистые корнеплоды - это пища, доступная в Африке круглый год.
3. Приготовление делает крахмал, содержащийся в корнеплодах, более легкоусвояемым.
4. Люди приспособлены к употреблению крахмалистой пищи. В отличие от других приматов, у нас существуют ферменты амилазы, содержащиеся в слюне.
Рассмотрим каждый из аргументов по очереди.
Нужна ли мозгу глюкоза?
То, что «мозг нуждается в глюкозе», конечно же, верно со стороны физиологии. Мозгу действительно требуется постоянное поступление глюкозы. Проблема с этим часто цитируемым фактом заключается в том, что он используется для поддержки кажущегося логичным, однако ложного вывода: «... вот почему нам нужно есть углеводы».
Как отмечает Харди, человеческое тело прекрасно может производить всю необходимую глюкозу из жиров и белков, в процессе глюконеогенеза (буквально создавая новую глюкозу). Этот процесс усиливается, когда потребление углеводов ограничено. Как бы еще люди могли пережить голод на протяжении нескольких недель, если мозг зависит от постоянного поступления углеводов в качестве источника глюкозы? Чтобы не затрагивать эту неудобную истину, Харди и её коллеги, утверждают, что глюконеогенез неэффективен, поэтому люди предпочли бы крахмалистые корнеплоды в качестве источников, богатых глюкозой. Это может быть веским аргументом, но, на мой взгляд, есть несколько недостатков, особенно в плане объяснения эволюции мозга, отчасти потому, что низкоуглеводная (кетогенная) диета защищает мозг.
Кетогенная диета предполагает минимальное потребление углеводов (менее 30г углеводов в день). В таких обстоятельствах «голода», тело не только создает собственное необходимое количество глюкозы, но также производит кетоны, благодаря разрушению жиров. Такой процесс начинается во время голода или когда мы придерживаемся низкоуглеводной/высокожировой кетогенной диеты.
Мозг невероятно рад функционировать на 50/50 кетонов и глюкозы. На самом деле, состояние ограниченности глюкозы имеет нейропротективные свойства. Кетогенная диета является важным элементом в лечении эпилепсии, также проводятся исследования о ее роли во время лечения рака (особенно глиобластомы).
Вот лишь несколько материалов по данной тематике, если хотите изучить вопрос глубже:
— The Ketogenic Diet as a Treatment Paradigm for Diverse Neurological Disorders(2012)
— Clinical review: Ketones and brain injury (2011)
— Neuroprotective and disease-modifying effects of the ketogenic diet (2008)
Кетогенная диета с низким содержанием углеводов и низкими уровнями глюкозы проявляет себя эффективно в вопросах нейропротекции и восстановления после черепно-мозговой травмы, повреждений и инсульта, но возможно ли тогда, чтобы диета с высоким содержанием углеводов была ключевым фактором эволюции мозга?
Еще один момент, направленный против гипотезы Харди — это уникальная природа рождения детей. У детей современного человека мозг крупный и у него есть слой подкожного жира, что уникально для приматов, этот слой обеспечивает мозг кетонами до, во время и после рождения. (Cunnane & Crawford, 2014)
Что из себя представляют африканские корнеплоды?
Одним из главных аргументов Харди является то, что приготовление пищи значительно увеличивает усвояемость корнеплодов, богатых крахмалом, высвобождая больше глюкозы для эволюции мозга. В качестве примера она заявляет, что приготовление картофеля повышает усвояемость крахмала «до 20 раз». Это впечатляет, но картофель и некоторые другие корнеплоды подверглись искусственному отбору для создания легко усваиваемых сортов, которые мы употребляем в пищу сегодня. Картофель, который был изначально у коренных жителей Северной и Южной Америки, ядовит в сыром виде, поэтому, вероятно, это не самый лучший вариант для эволюции гоминидов в Африке.
Является ли картофель и другие современные корнеплоды чем-то похожими на то, что было доступно в период эволюции мозга людей в Африке?
В таком случае главным вопросом будет: а верны ли утверждения Харди относительно корнеплодов, типичных для африканской экосистемы? К счастью, у нас есть новые данные, с помощью которых можно проверить ее гипотезу.
В статье, опубликованной в начале этого года в Американском журнале физической антропологии, Шнорр и его коллеги оценили усвояемость диких корнеплодов, которые использовало в пищу племя Хадза в Танзании. Исследователи наблюдали за тем, как племя готовит и ест корнеплоды, позже они взяли образцы в лабораторию и сделали симуляцию того, как племя готовило, затем смотрели за тем, что происходило во рту, желудке и тонком кишечнике. Их выводы интересны и бросают вызов нескольким утверждениям Харди. Посмотреть хотя бы на то, насколько такие дикие корнеплоды отличаются от современных.
Вот как Хадза едят эти дикие корнеплоды:
Сначала они жарят их на открытом огне, периодически поворачивая их в течение 5-15 минут. Затем они очищают их, откусывают кусок и пережевывают его в течение полутора-трех минут (просто остановитесь на этом моменте и представьте!) Затем они выплевывают волокнистый кусок, который называется quid (кусок пищи только для жевания). В зависимости от корнеплода съедобная часть варьируется от 20% до 80%, остальная часть является несъедобными волокнами или кожурой. Из этого ясно, что африканские дикие корнеплоды не похожи на современные корнеплоды, особенно на картофель.
Мужчина из племени Хадза жарит корнеплод (Vigna frutescens), который был распространен во время эволюции гоминидов. Недавний анализ, проведенный Шнорр и её коллегами показал, что лишь небольшая часть питательных веществ из очищенных корнеплодов доступна для пищеварения (26 ± 8%). Изображение предоставлено Gary Aitken, 2014г.
Для сравнения я собрал несколько приблизительных значений глюкозы для корнеплодов, которые употребляли Хадза и корнеплодов из обычных супермаркетов (в обоих случаях содержание фруктозы было исключено, так как работы Харди и Шнорра фокусируются исключительно на глюкозе). Значения содержания глюкозы в корнеплодах племени Хадза основаны на 100 г. съедобного корнеплода после снятия кожуры и жевания, что означает, что глюкозы может быть меньше, чем указано.
Из этих данных ясно, что корнеплоды племени Хадза содержат значительно меньше глюкозы и более волокнистые, чем современные корнеплоды. Самое высокое содержание глюкозы в корнеплодах племени Хадза сопоставимо с пастернаком, который едва ли можно назвать «крахмалистым». Картофель, который определенно «крахмалистый», имеет меньше всего сходств с африканскими дикими корнеплодами.
Улучшает ли приготовление африканских корнеплодов их усвояемость?
Итак, что же насчет гипотезы Харди, что приготовление корнеплодов увеличивало биодоступность глюкозы, давая людям большой толчок вперед в игре «развитие мозга»? Шнорр и её коллеги обнаружили, что, хотя Хадза и жарит корнеплоды, это плохо помогает улучшить их усвояемость. Главным плюсом обжаривания было лишь более легкое очищение от кожуры. Из четырех видов корнеплодов, которые едят Хадза, два не показали никаких изменений в доступности глюкозы, в случае двух других, доступность глюкозы увеличилась с 38% до 48%. Все это делает гипотезу Харди довольно шаткой.
Кроме того, авторы подсчитали, что готовка и жевание только лишали корнеплоды от 1/3 до 2/3 глюкозы и классифицировали их как «очень плохо перевариваемые». Современный печеный картофель требует только секунду на пережевывание и будет почти на 100% переварен, резко увеличив уровень глюкозы в крови в течение нескольких минут после употребления. Тем не менее, именно картофель широко использовался в статьях, сообщавших о гипотезе Харди.
Стоит рассмотреть, что происходит с остальными 1/3 — 2/3 непереваренных крахмалов, которые Хадза получают из корнеплодов. Они необязательно теряются, так как при попадании в тонкий кишечник бактерии превращают их в короткоцепочечные жирные кислоты — в жиры, вот и все. Однако гипотеза Харди подчеркивает употребление корнеплодов именно для получения глюкозы, а не жирных кислот. Исследования, проведенные с помощью племени Хадза, показывают, что их дикие корнеплоды представляют собой пищу с низким гликемическим индексом, никоим образом не сопоставимую с современными крахмалсодержащими корнеплодами, такими как картофель. На самом деле нет никакой современной пищи, с которой эти корнеплоды бы можно было сопоставить. Мы просто не едим ничего настолько волокнистого.
Еще один интересный вывод из исследования корнеплодов племени Хадза показан на этом графике:
Шнорр и её коллеги обнаружили, что более крупные корнеплоды — те, у которых самый высокий уровень содержания крахмала (нижняя ось), были наиболее плохо усвояемыми (вертикальная ось). Они пришли к выводу, что пищеварительная система человека просто не может справиться с большим количеством этих диких корнеплодов за один прием пищи.
Это означает, что усвоение глюкозы может быть замедлено более высокими ее содержаниями, например, найденными в крахмале, поскольку эти полимеры могут быть плохо усвояемыми или подавлять активность ферментов в тонком кишечнике. Поэтому «корнеплод, богатый глюкозой» не обязательно означает большую доступность глюкозы.
Если более крупные корнеплоды дают меньше доступной глюкозы, то гипотеза Харди кажется все менее близкой к реальности. Работа Шнорра предполагает, что у человека есть физиологический предел того количества диких корнеплодов, которые он может переварить.
Какое значение имеет фермент амилаза в слюне человека?
В какой-то момент человеческой эволюции произошли мутации, которые привели к множественному копированию генов слюнной амилазы, фермента, который разрушает крахмал. Предполагалось, что это произошло во время неолита, то есть перехода к сельскому хозяйству и употребления в пищу нового продукта: богатых крахмалом зерновых. Однако недавние данные свидетельствуют о том, что эта адаптация появилась еще раньше, но когда именно — загадка.
Харди и её коллеги предположили, что мутация возникла в связи с употреблением человеком корнеплодов.
Это может быть правдой, а может и не быть. Однако, если даже это и так, это не спасает гипотезу Харди, потому что, как мы видели, корнеплоды должны быть обжарены, а затем жеваться в течение нескольких минут, чтобы человек получил хотя бы минимальное количество глюкозы. Употребление корнеплодов в пищу не является фактором, повлиявшим на увеличение размеров мозга, они просто являлись ценным источником калорий с низким гликемическим индексом, который был полезен для удовлетворения ежедневных потребностей, когда не было лучших источников питания.
Корнеплоды являются надежным «запасным» вариантом
Харди и её коллеги утверждают, что корнеплоды были ценной пищей для наших предков, однако такое не наблюдается у современных охотников и собирателей. Например, Хадза употребляет в пищу пять основных категорий продуктов: корнеплоды, ягоды, мясо, баобабы и мед. В 2009 году в Американском журнале антропологии Marlowe & Berbesque обнаружили, что корнеплоды являются наименее предпочтительной пищей для племени Хадза. Они ценят другие продукты больше, чем корнеплоды. Корнеплоды расцениваются скорее как пища «про запас», когда нет чего-то более подходящего. Использование корнеплодов в качестве «запасной» пищи также наблюдается у приматов, которые собирают их, когда любимая пища в дефиците. (Savanna chimpanzees use tools to harvest the underground storage organs of plants, R. Adriana Hernandez-Aguila et al, 2007)
Шнорр и её коллеги также обнаружили, что в среднем корнеплоды составляли 20% пищи, которая приносилась в поселение каждый день, ведь они имеют низкую калорийность. Действительно, было обнаружено, что корнеплоды, которые племя Хадза употребляло наиболее часто, содержали 80-90% воды, что указывает на то, что они давали совсем небольшой процент от общего дневного потребления калорий, всего 5 или 10%. Таким образом, эти водянистые корнеплоды употреблялись в пищу скорее из-за воды, а не из-за питательности.
Тогда что же остается от гипотезы Харди и её команды? Принимая во внимание все вышеперечисленные аргументы и понимая, что дикие африканские корнеплоды вообще не похожи на современные, идея о том, что приготовление крахмалистых корнеплодов каким-то образом двигало эволюцию человеческого мозга начинает казаться неправдоподобной. Конечно, корнеплоды всегда были доступными, но, по-видимому, не являлись основной пищей.
Альтернативная гипотеза о роли диких корнеплодов в эволюции мозга человека
Как видно из графика выше, увеличение размеров мозга человека началось на два миллиона лет раньше, чем « 800 000 лет назад», указанные в гипотезе Харди. Данные того периода говорят о том, что у «ранних» людей (австралопитеков) в рационе были «растения C4», которые были в основном травами и осоками (Lee-Thorp J et al, 2012).
Это отличает человека от других приматов того времени, которые питались главным образом растениями С3 (листья, орехи, фрукты). В течение этого периода из-за более сухого климата образовывалось больше пастбищ и ранний человек жил в этой среде. Однако есть два варианта того, каким образом изотопы из C4 могли появиться у австралопитеков: либо они ели травы, либо травоядных. Вполне возможно, что оба варианта имели место.
Однако маловероятно, что ранние люди ели листву или семена трав — было практически невозможно их переварить, скорее всего, они ели то, что находилось под землей, то есть луковицы и клубни различных видов осоки (Laden G, Wrangham R, 2005). Осока растет в воде или рядом с водоёмами и имеет клубни, которые можно легко вытащить.
Хотя клубни и небольшие, их можно собирать круглый год и, что важно, можно есть в сыром виде. Возможно, что клубни могли быть ранним фактором увеличения размеров мозга в тот период, когда люди ещё не использовали огонь.
Возможно, вы даже пробовали такие клубни. Наиболее распространенными являются водяные каштаны (Eleocharis dulcis) — популярные в восточной кулинарии — и менее известные тигровые орехи (Cyperus esculentus).
Водяные каштаны и тигровые орехи богаты легкоусвояемыми углеводами и клетчаткой и являются более реалистичным источником пищи для ранних людей. Действительно, было подсчитано, что только 150-200 грамм тигровых орехов содержат достаточное количество жиров для удовлетворения потребностей человека (Nathaniel J. Dominy, ‘Hominins living on the sedge’ 2012).
Мальчик из Намибии собирает лягушек для приготовления
Гораздо более интересная гипотеза заключается в том, что ранние люди использовали в пищу вообще все, что росло или жило в воде. Это могли быть и рыба, и моллюски, и осока.
Использование водных ресурсов также может объяснить, почему люди стали двуногими — чтобы ходить по водоемам (Kuliukas, 2002). Клубни осоки могли дать человеку глюкозу для питания мозга, однако мы видели, что это не обязательно является предпосылкой для увеличения размеров мозга, поскольку глюконеогенез и кетогенез могут дать мозгу все необходимое «топливо». Более важным для развития мозга является доступ к источникам жирных кислот и минералов, таких как йод, железо, цинк, селен и омега-3 жирные кислоты — это компоненты, недостаток которых значительно ограничивает размеры мозга у других млекопитающих.
Употребление в пищу того, что живет или произрастает в водоеме или рядом с ним, то есть рыбу, моллюсков, ракообразных, лягушек, птичьи яйца и водные растения, обеспечивает мозг питательными веществами. Таким образом, доступ к этим продуктам мог повлиять на развитие и функционирование мозга приматов. – Cunnane & Crawford, 2014
Посмотрите видео Seafood, Sex and Evolution.
Почему употреблять в пищу корнеплоды нормально, если вы придерживаетесь палео-диеты
Аргументы, приведенные выше, показывают, что эволюция человеческого мозга, вероятно, не зависела от употребления в пищу корнеплодов, как утверждала Харди и её коллеги. Тем не менее я бы рекомендовал их тем, кто придерживается палео-диеты. Корнеплоды из супермаркетов гораздо ближе к диким клубням, чем практически любой другой современный источник углеводов. Селекция способствовала появлению более аппетитных и менее волокнистых корнеплодов, поэтому для нас они уже не «запасные» варианты — я должен оказаться в ужасных условиях, чтобы выживать только на моркови.
Жители деревни собираются, чтобы поделиться урожаем сладкого картофеля, который они выращивают вот уже сотни лет в высокогорье Папуа-Новой Гвинеи
Корнеплоды, например сладкий картофель и таро (колоказия съедобная), являются основными продуктами некоторых примитивных племен, таких как Китавана, Тукисента и горных народов Папуа-Новой Гвинеи.
Эти люди употребляют в пищу много углеводов, в том числе крахмалистые клубни, но не страдают заболеваниями, свойственные жителям запада. Однако все эти примеры не подтверждают гипотезу Харди, поскольку сельскохозяйственные методы, необходимые для выращивания таких культур, появились лишь около 10 000 лет. Без селективного отбора корнеплоды могли быть лишь незначительной частью рациона. Ключевое различие между рационом наших предков и современным заключается в преобладании продуктов, таких как зерновые с более высокой углеводной плотностью, как показано на диаграммах ниже.
Суть в том, что и у в наших предков, и в современной палео-диете присутствуют корнеплоды, клубни и луковицы. Однако вероятнее то, что на эволюцию невероятного человеческого мозга повлияли другие продукты, на которые нам стоит обратить внимание: это рыба, моллюски, яйца… и лягушки!
Перевод: Татьяна Архарова.
Автор: Keir Watson.