Физиологи и антропологи проанализировали, как меняется интенсивность метаболизма во время жевания жевательной резинки. Оказалось, что оно усиливает обмен веществ на 10-15 процентов.
Экстраполировав полученные результаты на среднюю длительность жевания за сутки у разных человекообразных обезьян, авторы обнаружили, что доля энергозатрат на жевание у человека стала примерно в пять раз меньше, чем у нечеловеческих обезьян — менее 0,5 процента от обмена веществ в покое против 2,6 процента у орангутана и гориллы. Авторы статьи, опубликованной в Science Advances, предположили, что большие траты энергии на жевание могли сделать приготовление пищи эволюционно выгодным для предков современного человека.
Форма челюстей и зубов, мышцы, участвующие в акте жевания, и прикус у человека претерпели серьезные изменения в процессе антропогенеза, а рацион современного человека кардинально отличается от рациона его предков. Часть этих изменений закрепилась у гоминид после того, как они начали готовить пищу. До этого в рационе преобладали плотные продукты, которые приходилось долго и интенсивно жевать.
Когда процесс жевания длится часами, его энергозатратность может стать серьезным фактором: чем меньше энергии требуется на жевание, тем больше ее получит организм после переваривания пищи, получив тем самым эволюционное преимущество. Неизвестно, насколько значим был этот фактор в процессе антрпогенеза, ведь невозможно напрямую измерить энергозатраты на жевание у вымерших предков современного человека. Парадоксально, но об энергетике процесса жевания у современного человека известно немногим больше, несмотря на то, что эффект «специфического динамического действия пищи» (временное повышение энергозатрат организмом после приема пищи) известен с первой половины XX века.
Коллектив исследователей во главе с Адамом ван Кастереном (Adam van Casteren) из университетов Манчестера, Лейдена, Маастрихта и Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка сначала измерил энергетическую стоимость процесса жевания, а затем приложил полученные данные к другим современным приматам.
Для начала авторы решили разобраться, сколько же энергии тратит человек на жевание. Для этого они взяли 21 здорового добровольца возрастом 18-45 лет. У всех испытуемых в покое при помощи газоанализатора измерили потребление кислорода (VO2), отражающее уровень энергозатрат организма. На его основе рассчитали показатель основного обмена. Затем каждый испытуемый по пятнадцать минут жевал два образца резиновой основы, используемой для производства двух видов жевательной резинки разной эластичности. Между жеваниями был пятиминутный перерыв. Во время эксперимента регистрировали электромиограмму (ЭМГ) одной из жевательных мышц и продолжали измерять VO2.
Средний уровень основного обмена составил 4,27 ± 0,53 килоджоулей в минуту. При жевании мягкой и жесткой резинки энергозатраты выросли на 10,2 и 15,1 процента от исходного, соответственно (p ≤ 0,0001). Толщина жевательных мышц у испытуемых составила от 5,3 до 16 миллиметров, изменение VO2 и энергозатрат при жевании не зависело от толщины мышц.
Получив данные о жевании у человека, исследователи приложили их к доступным в научной литературе сведениям о жевании у приматов (современный человек жует в среднем 35,3 минуты в сутки, шимпанзе — 4,5 часа, горилла — 6,5 часа, орангутан — 6,6 часа в сутки). Получилось, что современный человек должен тратить на жевание до 0,5 процента от своего основного обмена. Поскольку в научной литературе нет данных об энергозатратах на жевание у человекообразных обезьян, то авторы воспользовались допущением, что она сопоставима с человеческой (ведь у человека энергозатраты не зависели от размера жевательных мышц). При этом допущении энергозатраты на жевание составили ≤2,6 процента основного обмена у орангутана и гориллы и ≤1,8 процента у шимпанзе (если жевать пищу, сопоставимую с жесткой жвачкой из первой части эксперимента). Это означает, что у шимпанзе, жующего кусок мяса, на само жевание может уходить до 2,3 процента от энергетической ценности этого куска. У орангутана этот показатель и вовсе может достигать 5 процентов.
По гипотезе авторов увеличение количества мяса в рационе предков современного человека вело к тому, что потери энергии во время жевания становились все больше. Приготовление пищи в таких обстоятельствах становилось эволюционно выгодным, ведь при жевании мягкой пищи потери энергии снижаются.
У жевания есть и другие эволюционные аспекты. Так, появление у млекопитающих способности двигать нижней челюстью из стороны в сторону повысило их шансы на выживание во время мел-палеогенового вымирания. Предки современного человека в голову не только ели, но и получали довольно ощутимые удары, защититься от которых, как было выяснено, помогала борода.
Автор: Сергей Задворьев