Annonceinfo

Sjove forsøg afslører, hvorfor mennesket har en stor hjerne

Hidtil har det været et paradoks, at menneskets hjerne er vokset, samtidig med at vores tænder er skrumpet og dermed er blevet mindre egnet til at give os energi. I nyt Harvard-studie har forskere kastet sig ud i sjove forsøg og har måske fundet forklaringen.

Emner:
I et nyt studie blev forsøgspersonerne sat til at gumle på råt gedekød, som minder om stenalderkost. Ved at måle tyggebevægelserne har forskerne måske løst gåden om, hvordan menneskeslægten, Homo, har fået en meget stor og energikrævende hjerne, på trods af at vi samtidig har mindsket evnen til at indtage energi, fordi tyggeapparatet er blevet mindre. (Foto: Shutterstock)

Tyg engang på råt gedekød, og du finder hurtigt ud af, at det er blødt og meget sejt.

»Det minder forbløffende meget om at tygge tyggegummi - du tygger og tygger og tygger og tygger og tygger og intet sker. Menneskets tænder er simpelthen ikke designet til at tygge kød,« siger evolutionsbiologen Dan Lieberman ved Harvard University, USA.

Sammen med kollegaen Katherine Zink har han designet et ret sjovt eksperiment for at finde svar på et gammelt paradoks i menneskets udviklingshistorie:

Hvordan kan det være, at vi med fødslen af menneskeslægten, Homo, får en meget stor og energikrævende hjerne, men samtidig mindsker evnen til at indtage energi - vores tyggeapparatet, dvs. tænder og kæbemuskler, skrumper ligesom vommen og tarmene?

Bearbejdning af mad har sparet mennesket for mange tyg

Zink og Lieberman har simpelthen bedt deres kolleger på Harvard om at gumle for videnskaben for at sætte tal på, hvor mange tyg vores forfædre har sparet ved at bearbejde maden med de første simple stenredskaber.

»Bare ved at skære kød og hamre grøntsager ville de kunne spare 17 procent af tyggene - det er 2,5 millioner tyg om året,« siger Katherine Zink. 

Det tal er stort nok til at forklare, hvordan vores tænder og kæber kunne skrumpe og derved skabe plads til større hjerner, som blev fodret med energien fra en ny fødekilde, kød.

Fakta

Menneskets store hjerne er en gåde

I dag synes det helt oplagt, at jo større hjernen er des bedre. Men vores store hjerner er evolutionært set langt fra indlysende.

Hjernen er energimæssigt et meget dyrt organ, dens størrelse gør fødsler til en livsfarlig affære for mødre, og ikke mindst er vi hjælpeløse i årevis og kræver uhyre meget omsorg mens vi vokser op.

»På mange måder ville det være smartere at have en lille hjerne, så det må virkelig have kunnet betale sig, at den blev så stor, og den må have haft de helt rigtige vækstbetingelser,« siger Peter Kjærgaard.

Vores store hjerne er derfor lidt af et paradoks, men det nye studie giver en forklaring på, hvordan det kan hænge sammen.

»Det her er en virkelig interessant artikel og direkte knyttet til et af de helt store spørgsmål: hvordan i al verden gik det til, at nogle tobenede tropiske aber med forholdsvis beskeden hjernekapacitet over en kort evolutionær periode gik hen og fik så store hjerner?,« siger direktør for Statens Naturhistoriske Museum professor Peter C. Kjærgaard, som ikke har deltaget i forskningen.

Studiet er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature.

Et paradoks at tænderne skrumper, mens hjernen kræver mere energi

Når man følger fossilrækken tilbage i menneskets udviklingshistorie, er det tydeligt, at der sker et skift i hjernens størrelse, når vi går fra de tidligere abemennesker - australopithecinere - som den berømte Lucy, der levede for cirka 3 millioner år siden - og til de tidlige medlemmer af menneskeslægten som Homo erectus for cirka 2 millioner år siden.

Tænderne bliver mindre, kæberne og tyggemusklerne svinder, og vi får et lille ansigt.

Det åbner et interessant paradoks, fordi samtidig med at vores primære energihøster - tyggeapparatet – skrumper, får vi både større hjerne og større krop, der kræver mere energi.

Og ikke nok med det vi bruger også meget mindre tid på at spise.

»Tilbring lidt tid med chimpanser eller andre menneskeaber, og du opdager hurtigt, at de bruger næsten halvdelen af deres dag på at spise. De fylder vommen, venter til den er tømt, og så fylder de den igen, venter og så videre,« siger Dan Lieberman.

Forskerne har undersøgt, hvor mange tyg vores forfædre har sparet ved at bearbejde maden med de første simple stenredskaber. Bare ved at skære kød og hamre grøntsager ville de kunne spare 17 procent af tyggene - det er 2,5 millioner tyg om året. Det tal kan forklare, hvordan vores tænder og kæber kunne skrumpe og derved skabe plads til større hjerner. (Foto: Shutterstock)

»Men i menneskets evolution sker der et skifte, hvor vi spiser mindre, og man kan se at traditionelle agerbrugere kun bruger omkring 5 procent af deres dag på at tygge, og vi i den industrialiserede verden bruger meget mindre tid, måske kun få minutter.«

Forklaringen skyldes bedre mad og forarbejdning

Forklaringen skyldes ifølge Lieberman to ting - dels at vores mad er meget rigere, dvs. kød og fedt fremfor planter, og dels at vi forarbejder maden ved at tilberede den over ild, som gør, at vi kan vride meget mere næring ud af råvarerne.

Den idé kommer fra Liebermans kollega Richard Wrangham, som sidder et par døre længere nede ad gangen på Harvard. Hans hypotese er, at tilberedning af mad har spillet en vigtig rolle, fordi det er lettere at tygge og har højere energiindhold.

Men der er et problem med timingen på mindst 1,5 millioner år.

Det viser sig, at de store forandringer i mennesket anatomi sker for cirka 2,5 millioner år siden, og de ældste fund, der kunne tyde på brug af ild, er kun 1 million år gamle, mens regelmæssig tilberedning af mad først ses for 500.000 år siden.

Til gengæld ser man to andre vigtige skift på det rigtige tidspunkt for omkring 2,5 millioner år siden - de ældste stenredskaber er 2,5-3,3 mio. år gamle, og fra dyreknogler med skæremærker ved man, at vores forfædre jævnligt spiste kød for 2,5 mio. år siden.

Så Lieberman og Zink satte sig for at undersøge, hvor stor effekt det har at spise råt kød og grøntsager, kun forarbejdet med de mest simple stenredskaber. 

Forsøgsdeltagerne gumlede for videnskaben
Antager man, at vores forfædre levede af rødder, inden stenredskaber gav adgang til kød, har forskerne vist, at man skal gumle cirka 40.000 gange på rå rødder om dagen for at indtage 2.000 kcal energi. For hver procent af kalorieindtaget, vores forfædre fik fra råt kød, ville de skulle tygge 156 færre gange og dermed reducere den samlede kraft brugt på at gumle med 0,5 procent hver dag. (Foto: Shutterstock)

For at undersøge spørgsmålene videnskabeligt designede de eksperimenter, hvor forsøgspersoner blev sat til at gumle på mad, der minder om stenalderkost.

De valgte råt gedekød, fordi supermarkedskød i dag er alt for mørt, mens gedekød kommer tættere på vildt, men stadig er til at få fat i.

Som stenalderpendant til grøntsager valgte de rødbeder, gulerødder og yams.

Med elektroder på ansigtet målte de tyggemusklernes elektriske aktivitet, dvs. antallet af muskelfibre i brug. Ved at kalibrere de elektriske impulser med en kraftmåler, kunne de omsætte målingerne til, hvor meget energi, der blev gumlet for.

Så var de klar til at måle, og hver person fik passende størrelse bidder af råt kød eller rødder at gumle på, mens elektroderne målte.

De skulle gumle, indtil bidden kunne sluges og så spytte den ud.

»Det var min skønne opgave at fordele det i en spytbakke, tage et foto og måle partikelstørrelserne,« siger Zink med et ironisk smil.

Foto af forskellige tyggede madpartikler. Kødstykker i nederst række og rødder øverst. Søjlerne er fra venstre rå, skåret, knust og grillet. Studiet viser, at skåret kød (men ikke rødder) kræver meget mindre energi at tygge. Det samme gælder knuste rødder (men ikke kød) og grillet mad. Gevinsten er så stor, at det kan forklare, hvorfor menneskets tænder skrumper i evolutionen, samtidig med at hjernen vokser. (Foto: Nature/Katie Zink)

Fra de forsøg fik forskerne kraftmålinger og indsigt i, hvor godt vi er i stand til at tygge maden.

Vi kan ikke tygge råt kød uden bearbejdning

»Vores nøgleresultat var, at mennesker ikke kan tygge råt kød uden at bearbejde det først. Hvis man bare får et stykke råt kød, tygger og tygger man, og det bliver ved med at være en klump,« siger Katherine Zink.

Men hvis man skærer kødet i mindre bidder først, kan man bedre synke det og udnytte energien.

Det er måske ikke ligefrem raketvidenskab, men forskerne er de første, som faktisk har fundet på at måle effekten.

De målte også effekten af at tage en sten og hamre seks gange på rødderne, inden de blev gumlet, og endelig hvad der skete, hvis man grillede kødet eller rødderne.

Varmen gør kødet stivere og lettere at tygge, mens grøntsagerne bliver blødere og også lettere at tygge.

Men det interessante er jo, at de ikke bare konstaterer det åbenlyse, men faktisk sætter tal på, hvor mange tyg der skal til for at få 1 kcal energi fra råt gedekød og rødder i forhold til de forskellige forarbejdningsteknikker.

2,5 millioner færre tyg om året
citatIntuitivt kan man godt tænke, ja, hvilken forskel gør det, om man tygger lidt mere eller mindre. Det er jo ikke noget, vi sådan går og tænker over til daglig. Men det er slående, hvilken forskel det gør, når vi akkumulerer antal tyg over et år. Og læg så det til tusinder af generationer. Ja, så sker der altså noget.
- Professor Peter C. Kjærgaard

Antager man som udgangspunkt, at vores forfædre levede af rødder, inden stenredskaber gav adgang til kød, har forskerne vist, at et individ skal gumle cirka 40.000 gange på rå rødder om dagen for at indtage 2.000 kcal energi.

De beregnede så, at for hver procent af kalorieindtaget, vores forfædre fik fra råt kød, ville de skulle tygge 156 færre gange og dermed reducere den samlede kraft brugt på at gumle med 0,5 procent hver dag.

For at sætte tal på, antog de - ud fra etnografisk viden om jæger-samlere - at vores forfædre har indtaget cirka en tredjedel af kalorierne fra kød og resten fra grøntsager.

Under den antagelse vil introduktionen til råt kød i sig selv have betydet, at vores forfædre for 2,5-3 millioner år siden sparede omkring 2 millioner tyg om året og brugte ca. 15 procent mindre tyggemuskelkraft, end hvis de kun spiste rødder.

Hvis de dertil skar kødet i mindre bidder, ville de spare yderligere 500.000 tyg om året og bruge 20 procent mindre muskelkraft, og hvis de også hamrede rødderne til mos, ville de opnå en besparelse på 26 procent om året.

»Det er nogle meget overbevisende resultater Zink og Lieberman kommer frem til og en perfekt kombination af godt udtænkte eksperimenter og fossile nærstudier til at opstille en meget stærk hypotese. Vi har længe haft brug for disse tal,« siger Peter Kjærgaard.

»Intuitivt kan man godt tænke, ja, hvilken forskel gør det, om man tygger lidt mere eller mindre. Det er jo ikke noget, vi sådan går og tænker over til daglig. Men det er slående, hvilken forskel det gør, når vi akkumulerer antal tyg over et år. Og læg så det til tusinder af generationer. Ja, så sker der altså noget.«

Resultatet forklarer vores evolution
Små tænder giver flere fordele, inklusiv at gøre mundhulen kortere, hvilket øger kvaliteten af vores tale. En anden fordel er, at mundtøjet er blevet trukket tilbage, så hovedet har været bedre i balance, hvilket er vigtigt når man skal løbe. (Foto: Shutterstock)

Dermed viser Lieberman og Zink, hvordan hele historien er startet meget primitivt med, at vi har smadret vores mad, og stenredskaber har givet adgang til energirigt kød.

Ilden og kogekunsten, som kollegaen Wrangham har peget på, behøvede man altså ikke før meget senere.

»Jeg tror, den første mekaniske bearbejdning er begyndt gradvist, og det har tilladt vores forfædre at spise kød, og tilsammen har det stoppet det selektive pres for at have store tænder og tyggemuskler,« siger Dan Lieberman.

Når først selektionen er slækket på de store tænder, kan det ifølge ham have løsnet op for, at selektionen kan virke på nye tilpasninger som at få små tænder og kæber, der igen med Wranghams hypotese har skabt plads for en større hjerne.

Små tænder har givet flere fordele

Lieberman peger på, at de små tænder kan have været en fordel for flere ting, inklusiv at gøre mundhulen kortere, hvilket øger kvaliteten af vores tale.

En anden fordel er, at mundtøjet er blevet trukket tilbage, så hovedet har været bedre i balance, hvilket er vigtigt når man skal løbe.

»Der er ingen tvivl om, at vi nu er ved at få fat på svaret til, hvad der skete for omkring 1,8-2 millioner år siden, hvor vores forfædres hjerne voksede så markant på meget kort tid, og vi så en gennemgribende fysiologisk ændring,« siger Peter Kjærgaard og peger på, at udviklingen har været enestående i vores slægts historie.

»Det leverede en kropsbygning meget tæt på vores egen, perfekt tilpasset til at drage ud i verden og for første gang udforske landet udenfor vores afrikanske fødekontinent.«

Seneste fra Kultur & Samfund

Grønlandske stemmer

Aviaja

»Det er vigtigt, at lokalbefolkningen uddanner sig, for bedre at være en del af udviklingen og bedre kunne tjene penge på viden i stedet for at tjene penge på tønder af olie«

Aviaja Lyberth Hauptmann, ph.d.-studerende på DTU.

Tema om fremtiden for grønlandsk forskning

Det læser andre lige nu

Spørg Videnskaben

Abonner på vores nyhedsbrev

Når du tilmelder dig, deltager du i konkurrencen om lækre præmier.

Seneste blogindlæg