Ukuran otak ditentukan oleh bakteri usus? Studi baru menunjukkan adanya hubungan yang mengejutkan

(Kredit: Chizhevskaya Ekaterina/Shutterstock)

CHICAGO — Dalam penemuan menakjubkan yang menjembatani hal-hal mikroskopis dan evolusi, para peneliti di Northwestern University telah menemukan bukti bahwa beberapa bakteri usus terkecil yang ada di dalam tubuh kita – mungkin berperan dalam salah satu perkembangan terbesar umat manusia: otak besar kita.

Penelitian yang dipublikasikan di Genomik Mikrobamenawarkan perspektif baru tentang teka-teki evolusi yang sudah lama ada. Meskipun para ilmuwan telah lama mengetahui bahwa jaringan otak merupakan salah satu jaringan yang paling mahal energinya di dalam tubuh, mekanisme biologis yang memungkinkan nenek moyang kita memenuhi kebutuhan energi yang sangat besar ini masih belum jelas – hingga saat ini.

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

Untuk menyelidiki hubungan ini, tim peneliti merancang percobaan menggunakan tiga spesies primata dengan ukuran otak berbeda dibandingkan dengan massa tubuh mereka: manusia dan monyet tupai (keduanya memiliki kecerdasan ensefalisasi atau EQ yang relatif tinggi) dan kera (dengan EQ yang relatif lebih rendah). Daripada mempelajari primata ini secara langsung, mereka memindahkan bakteri usus dari masing-masing spesies ke dalam kelompok tikus bebas kuman – tikus laboratorium yang dibesarkan dalam kondisi steril tanpa bakteri ususnya sendiri.

Tim mengumpulkan sampel tinja dari lima donor dewasa dari masing-masing spesies: manusia dari Evanston, Illinois dengan indeks massa tubuh normal dan tidak menggunakan antibiotik baru-baru ini, dan primata dari fasilitas penelitian dengan kondisi kesehatan serupa. Mereka menggunakan sampel ini untuk mengkolonisasi usus tiga puluh tikus bebas kuman, 10 per spesies donor, dan memantau perkembangannya selama 60 hari.

“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),” catat Amato.

Hasilnya menunjukkan perbedaan metabolisme yang jelas. Tikus yang diberi bakteri usus dari primata EQ tinggi (manusia dan monyet tupai) menunjukkan konsumsi makanan yang lebih tinggi tetapi penambahan berat badan yang lebih rendah, kadar glukosa darah yang lebih tinggi, dan peningkatan aktivitas enzim hati yang berkaitan dengan produksi glukosa. Sebaliknya, tikus dengan bakteri usus kera menyimpan lebih banyak energi dalam bentuk lemak meski makan lebih sedikit.

Para peneliti menemukan bahwa perbedaan metabolisme ini dikaitkan dengan berbagai tingkat asam lemak rantai pendek (SCFA) – khususnya asetat, propionat, butirat, dan valerat – yang diproduksi ketika bakteri usus memfermentasi serat makanan. Tikus dengan bakteri usus dari primata EQ tinggi menunjukkan konsentrasi senyawa ini lebih tinggi, yang dapat mempengaruhi metabolisme melalui berbagai jalur termasuk pengaturan nafsu makan, penyimpanan lemak, dan produksi glukosa.

Khususnya, tikus yang menerima bakteri usus manusia menunjukkan pola yang berbeda, termasuk kadar glukosa tertinggi dan penambahan berat badan terendah di antara semua kelompok. Hal ini sejalan dengan manusia yang memiliki EQ tertinggi di antara primata, meskipun para peneliti mengingatkan bahwa diperlukan lebih banyak penelitian untuk memahami sepenuhnya hubungan ini.

Apa yang membuat temuan ini sangat menarik adalah bahwa manusia dan monyet tupai bukanlah kerabat dekat dalam evolusi. “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,” jelas Amato.

Penelitian ini merupakan bukti pertama bahwa mikroba usus dari spesies hewan yang berbeda dapat membentuk variasi biologis antar spesies. Hal ini menunjukkan bahwa seiring evolusi otak primata yang lebih besar, mereka mungkin juga mengembangkan hubungan dengan komunitas bakteri usus yang membantu mendukung peningkatan kebutuhan energi mereka.

Ke depan, tim peneliti berencana memperluas penyelidikan mereka dengan memasukkan spesies primata tambahan dengan ukuran otak yang bervariasi. Mereka juga berharap dapat mengumpulkan informasi lebih rinci tentang jenis senyawa yang dihasilkan mikroba dan mengumpulkan data tambahan mengenai sifat biologis inang seperti fungsi dan perilaku kekebalan tubuh.

Dari mikroba hingga pikiran, siapa sangka bahwa jalan menuju kecerdasan manusia tidak hanya ditentukan oleh mutasi genetik dan seleksi alam, namun juga oleh dukungan metabolisme dari makhluk mikroskopis yang tak terhitung jumlahnya di saluran pencernaan kita? Mungkin harus ada pepatah baru: Ketika berbicara tentang evolusi otak, yang terpenting adalah apa yang ada di dalam (usus Anda).