Vrlo je vjerojatno da je jedan od ključnih događaja u evolucijskim procesima koji su potakli razvoj ljudskog mozga bilo obogaćivanje jelovnika naših davnih predaka hranom koja je (pored sirove ili termički obrađene) uključivala i fermentirane namirnice, one koje su prije konzumacije barem djelomično razgradili mikroorganizmi. Tako se čini ako je vjerovati rezultatima istraživanja evolucijske neuroznanstvenice Katherine Bryant sa Sveučilišta Aix-Marseille u Francuskoj i dvojice njezinih američkih kolega.

Manja crijeva, veći mozak

U znanstvenom radu čiji su rezultati prije nekoliko dana objavljeni u časopisu Communications Biology, Bryant navodi kako se ljudski mozak tijekom posljednja dva milijuna godina evolucije utrostručio u svojoj veličini (a vrlo je izvjesno i da je u istoj ili još većoj mjeri povećao i svoju intelektualnu funkcionalnost). Istovremeno, dužina i volumni kapacitet ljudskih crijeva su se smanjili za približno 74%, što ukazuje da je u tom vremenu potreba za unutarnjom, probavnom razgradnjom hrane biljnog podrijetla smanjena za skoro tri četvrtine.

Istraživanja paleoantropologa, stručnjaka koji se bave anatomijom i fiziologijom ljudskih pretpovijesnih predaka, omogućila su nam da spoznamo unutar kojega vremenskog okvira je postignut i kolikoga reda veličine je bio taj značajni opseg širenja ljudskog mozga, ali i dalje je ostalo otvoreno pitanje - koji su to biološki mehanizmi tijekom evolucije omogućili preusmjeravanje metaboličke energije na ubrzan rast i napredak ljudskog živčanog sustava i viših kognitivnih funkcija?

Autori u ovoj studiji iznose svoju „hipotezu vanjske fermentacije“ koja ukazuje na to da su kod naših predaka metabolički preduvjeti za ekspanziju mozga možda bili pokrenuti time što je fermentacija hrane u crijevima „zamijenjena“ fermentacijskom razgradnjom hrane prije njene konzumacije. Naši su preci otkrili „izvantjelesnu fermentaciju“ tako što su eksperimentirali s postupcima konzerviranja hrane na način da su ju izlagali djelovanju fermentacijskih mikroorganizmima iz okoliša, pri čemu su nastajale namirnice poput piva, vina, kruha, fermentiranog mesa i ribe (svinjsko i goveđe meso, surströmming, hákarl), kiselog mlijeka (jogurta, kefira), kimchija i drugog ukiseljenog povrća poput kiselog kupusa i ostale „turšije“ kakvu jedemo i danas.

Crijevna mikroflora: anaerobna tvornica fermentacijskih enzima

Organski spojevi koje hranom unosimo u naš probavni sustav razgrađuju se želučanom kiselinom i žučnim kiselinama, a potom fermentiraju pomoću enzima koje proizvode bakterije i kvasci što žive unutar našeg gastrointestinalnog sustava, najvećim dijelom unutar debelog crijeva. Taj ljudski crijevni mikrobiom (crijevna flora, mikroorganizmi koji žive u simbiozi, miroljubivoj obostrano korisnoj koegzistenciji s našim crijevima) djeluje poput stroja za unutarnju fermentaciju, razgrađujući složenije spojeve iz hrane na jednostavnije molekule, čime se poboljšava i ubrzava apsorpcija hranjivih tvari tijekom probave.

Proces fermentacije proizvodi energiju pohranjenu u obliku adenozin trifosfata (ATP), kojega se potom u našem tijelu koristi kao ključni izvor kemijske energije koja pokreće naš metabolizam. Fermentacija je anaerobni proces, ne zahtijeva prisustvo kisika, pa se osim u našim crijevima može odvijati i u bilo kojoj hermetički zatvorenoj posudi u kojoj se osim namirnice nalaze i fermentirajući mikroorganizmi.

Činjenica da se fermentacija ne mora odvijati isključivo unutar naših crijeva, a fermentirane namirnice su posve jestive (štoviše, ukusne!) temelj je uvođenja procesa tzv. vanjske fermentacije u prehranu naših predaka. Vanjski fermentirana hrana lakše je probavljiva (jer je velik dio kemijskih procesa probave obavljen već prije konzumacije) i u usporedbi sa sirovom hranom sadrži više dostupnih hranjivih tvari. A budući da debelo crijevo ima manje posla ako je hrana već prethodno fermentirana, veličina tog našeg probavnog organa mogla se tijekom vremena smanjiti, što je naposlijetku dovelo do toga da je dio metaboličke energije namijenjen rastu i razvoju naših organa postao dostupan - za rast mozga.

Ključni evolucijski skok od herbivora do omnivora

U odnosu na ukupni volumen tijela, veličina mozga naših predaka, primjerice australopiteka, bila je slična veličini mozga u čimpanze (Pan troglodytes) ili bonobo-majmuna (Pan paniscus). Unutar te majmunolike taksonomske obitelji hominida, porast volumena mozga ubrzao se s pojavom roda Homo, te se evolucijski nastavio preko Homo neanderthalensisa i Homo sapiensa.

No, kako i kada su naši primitivni preci s mozgom veličine čimpanzinog počeli koristiti metaboličko-energetski potencijal i snagu vanjske fermentacije za svoj neuroanatomski evolucijski napredak?

Već od ranije su nam poznate teorije koje govore o tome da je evolucijski skok u razvoju pračovječjeg mozga vjerojatno bio potaknut prehranom proteinima i masnoćama životinjskog porijekla (mesom), što će reći da je prelazak s herbivorne (biljne) na karnivornu i omnivornu (mesnu i mješovitu) prehranu bio ključni evolucijski događaj koji nas je razdvojio od ostatka majmunolikih hominida.

No, Bryantova i njezin tim u svojem radu navode da su se primitivni hominidi (tada još s malim mozgom i niskim kognitivnim sposobnostima) vjerojatno već bili prilagodili vanjskoj fermentaciji - još puno prije nego što su s biljne prehrane i žvakanja crvića i kukaca prešli na bogatiju opskrbu mesom koju im je osiguralo otkriće lova na životinje i obrade mesnih obroka kuhanjem i pečenjem na vatri.

Bez stresa i rizika

Za pripravu namirnica procesima fermentacije praljudima su bili potrebni samo jednostavni „skladišni prostori“ poput udubljenja, špilje ili čak jednostavne rupe u zemlji, za razliku od potrebe za priličnom količinom vještine, znanja i oruđa, te pratećim rizicima i opasnostima povezanim s provođenjem lova na male životinje ili velike zvijeri i korištenjem vatre.

Evolucijski početak prehrane namirnicama obrađenim procesima vanjske fermentacije nije zahtijevao visoke intelektualne sposobnosti, socijalne vještine ni razumijevanje bioloških mehanizama odvijanja enzimskih procesa. Možda su naši preci jednostavno donosili prikupljenu hranu na neko skrovitije mjesto, ostavljali je ondje, pa iz tog „skladišta“ povremeno jeli i povremeno nadodavali svježe prikupljene plodove. Mikrobi iz prijašnjih, „odležanih“ namirnica prelazili su i na nove namirnice, a ukoliko bi se dogodilo da se to odvija bez kisika, u dubljim slojevima „skladišnog prostora“, započeo bi prirodni proces fermentacije.

Kako su s vremenom mozgovi naših predaka rasli, bolje su shvaćali načine na koje se taj prirodni proces može oponašati i namjerno izazvati. Ukratko, usporedba potrebnih vještina i rizika za individualno i plemensko učenje i provođenje fermentacije pokazuju znatno isplativiji cost/benefit od vještina i rizika potrebnih za lov i održavanje vatre. Dakle, vanjska fermentacija je omogućila podizanje kvalitete i nutritivne vrijednosti hrane, a s niskim „investicijskim“ zahtjevima i s praktički nikakvom razinom uloženog stresa i rizika.

Prednosti fermentacije pred termičkom obradom

Osim toga, fermentacija ima mnoge prednosti u odnosu na termički obrađenu (kuhanu, pečenu) hranu: mekše je teksture, ima povećan kalorijski indeks i poboljšanu apsorpciju hranjivih tvari, jer je dio „probavnog posla“ enzimske razgradnje namirnica već obavljen, pa je potrebno manje toga posla odraditi vlastitim crijevima i enzimima.

Osim povećanja bioraspoloživosti hranjivih tvari, vanjska fermentacija također može učiniti neke otrovne namirnice jestivima, kao što je vidljivo na primjeru fermentacijske razgradnje i eliminacije cijanida iz sirove kasave (manioka, Manihot esculenta). Gomoljasti plod kasave je bogat škrobom (brašno iz kasave naziva se tapioka), te vlaknima i vitaminima, a predstavlja temelj prehrane u mnogim afričkim kulturama; zbog sadržaja cijanida treba se termički obraditi ili fermentirati prije konzumacije.

Povrh svega, unosom fermentirane hrane unosi se i dio mikroorganizama koji je tu fermentaciju obavio, što naposljetku doprinosi obogaćivanju crijevne flore. A bogata i raznovrsna crijevna flora je temelj bolje imunološke obrane od štetnih mikroorganizama.

Važna evolucijska inovacija u prehrani

U zaključku svojega istraživanja, Katherine Bryant ističe potrebu za daljnjim empirijskim istraživanjima (poput mikrobioloških studija, komparativnih analiza te genetskih i genomskih istraživanja) kojima bi njihova hipoteza mogla biti potvrđena ili opovrgnuta.

„Premještanje većeg dijela crijevne fermentacije na vanjske procese fermentiranja hrane možda je bila jedna od najvažnijih evolucijskih inovacija koja je stvorila metaboličke uvjete potrebne za povećanje volumena i funkcionalnosti mozga, a time i za selekciju unutar hominida, koja je naposljetku dovela do nastanka današnjeg Homo sapiensa.“ – kaže se u zaključku.

O fermentaciji rijetko kada razmišljamo, a bez nje ne bismo jeli kruh, pili vino i pivo, uživali u kavi i čaju… Ako ništa drugo, izgleda da je to što mnogi ljudi toliko vole okuse fermentiranih namirnica – dobro odležanih steakova, zrelih sireva i kulena, kefira i jogurta, kiselog zelja, kimchija i krastavaca, piva i vina, miso-juhe ili tempeha – samo evolucijska posljedica ubrzanog kvantitativnog i kvalitativnog razvoja našeg mozga.