За храната, огъня и фронталния лоб

От Брайън Куок Льо | Отговорено на 150 въпроса за науката за храните

Вие сте това, което ядете, или поне така звучи старата поговорка.

относно

Но за разлика от другите примати и животни, хората са единствените животни, които готвят храната си, което може да има повече общо с това как станахме хора на първо място.

Ричард Врангам, професор по биологична антропология на Рут Мур в Харвардския университет и сътрудник на MacArthur, предложи хипотезата, че готвенето всъщност е изиграло по-голяма роля в развитието на нашите предци, отколкото се смяташе първо. В книгата си „Ловенето на огън: Как готвенето ни направи хора“ той твърди, че изобретяването на огъня и последващото използване на огън за готвене на храна са помогнали за насочването на еволюцията на човешкия мозък от преди два милиона години до мястото, където е днес [1 ]. Той споделя доказателства, че готвенето е осигурило повече хранителни вещества на ранно използващите огън хоминиди или на членовете на голямото маймунско семейство, отколкото суровите храни, ядени от други хоминиди. Чрез разграждането на несмилаеми въглехидрати, омекотяването на белтъците от месото и дезактивирането на токсините, по-разнообразните храни стават достъпни за ранните хора, като същевременно изискват по-малко енергия за смилане, след като се използва първоначалната технология за нагряване на храна на открит огън.

Взето от https://www.amazon.co.uk/Catching-Fire-Cooking-Made-Human/dp/184668286X

В допълнение към споменатите ползи, готвените храни също са по-безопасни за консумация, тъй като процесът на готвене намалява риска от хранителни патогени и паразити, особено тези, които често се срещат върху и в месото. Готвенето дава на ранните прародители повече енергия на маса храна, намалявайки времето, отделено за дъвчене, смилане и лов. С течение на времето, по-малките челюсти и червата бяха естествено избрани, тъй като храносмилането стана по-малко критично, докато черепното пространство и хранителните вещества могат да бъдат пренасочени към постоянно развиващия се мозък [1]. Постепенно ние, хората, се превърнахме в вид готвачи.

Първите изкуствени съставки

Но готвенето не е само разграждане и стерилизация на храната. Процесът на готвене представлява сложна поредица от химични реакции, които превръщат суровите въглехидрати, протеини и мазнини в нови молекули, рядко срещани в природата. И някои от тези първи изкуствени молекули включват аминокиселините, които изграждат протеините в месото и годни за консумация растителни храни. Обмислих въздействието на тези аминокиселини и направих няколко други извода за начина, по който готвената храна би могла да наклони еволюционните везни в наша полза.

Аминокиселините се предлагат в два вида, единият обозначен като „L“, а другият като „D“, което се отнася до пространствената ориентация на уникалните молекулярни групи, прикрепени към всяка една от двадесетте аминокиселини. В органичната и биохимията тези два вида обикновено се наричат ​​двойки огледални изображения. Техните молекулни формули са идентични, но всеки тип е уникален от партньора си, тъй като единият не може да се завърти в пространството и да се трансформира в другия тип. Въпросът е как са ориентирани в три измерения, подобно на това как лявата ви ръка не може да се трансформира във вашата дясна чрез въртене. Те са огледални изображения един на друг.

Огледални изображения на D и L-аланин. Удебелените линии представляват групи извън страницата, тирета в страницата. Взето от http://www.d-aminoacids.com/chirality/chirality.html

По-голямата част от аминокиселините, консумирани от хората, са в L-форма и всъщност всички протеини в нашето тяло са съставени от L-форма аминокиселини. Въпреки това, когато хранителните протеини се приготвят, някои от тези аминокиселини химически се трансформират в D-форма [2]. Процесът е известен като рацемизация и се движи от високите температури, които обикновено се срещат в готвенето. И за разлика от L-формата, D-формата аминокиселини не могат да се метаболизират от нашите клетки и следователно са биохимично инертни или по-лошо токсични. Това е така, защото ензимите и метаболитните процеси в нашето тяло са създадени, за да се справят само с твърде многото L-аминокиселини, открити в природата. Резултатът е, че ценна част от ценните аминокиселини, открити в храните, се превръщат в безполезна форма. Тъй като природата рядко произвежда D-аминокиселини, технически те са „неестествени“ и биха могли да бъдат първите „изкуствени“ хранителни съставки, произведени от хората.

Роля на цистеина в човешкото тяло

Рацемизацията се случва с различна скорост за различните аминокиселини. За щастие, повечето аминокиселини не преминават през рацемизация много бързо, в противен случай ще се окажем много недохранени от готвена храна, тъй като L-аминокиселините ще бъдат превърнати в D-аминокиселини. Но от всичките двадесет аминокиселини, цистеинът има най-високата степен на превръщане в своята D-форма при нагряване [2] и обикновено се намира в месните протеини. По-високите температури на готвене, по-дългото време за готвене, промените в рН и ферментацията могат да ускорят този процес. Поради високата си скорост на трансформация, голяма част от цистеина в готвените храни ще бъде в D-форма. И докато цистеинът изпълнява много важни функции в човешкото тяло, D-формата има малко място в човешкия метаболизъм.

Скоростта на полуживот на рацемизация на цистеин спрямо други аминокиселини за сравнение [2].

Водороден сулфид и човешкият мозък

Японски изследователи наскоро съобщиха в статия на Nature Communications за нов път на бозайници за производството на сероводород от D-цистеин [7]. Докато сероводородът може да се генерира от L-цистеин чрез три различни ензимни пътища, достъпни за всички клетки, ензимите, използвани за производството на сероводород от D-цистеин, се намират само в бъбреците и мозъка. И когато D-цистеин и D-цистин, окислената форма на D-цистеин, са дадени на мишки невронови клетъчни култури, третирани с токсични нива на водороден пероксид, те са били в състояние по-ефективно да спасят невроните от клетъчна смърт, отколкото L-цистеин, вероятно защото транспортът на D-цистеин в невроните е по-бърз от L-цистеин. Освен това те предоставиха доказателства, че D-цистеинът не причинява възбуждащо увреждане на невроните на мозъчната тъкан, докато L-цистеинът, прилаган директно в мозъка, е доказано, че причинява смърт на невронални клетки. Освен това те предполагат, че единственият източник на D-цистеин за хората е от процеса на рацемизация, предизвикан от топлинно или алкално обработена храна, тъй като клетъчните тъкани на бозайници нямат ензимно оборудване за рацемизиране на цистеин в D-форма [7].

Биохимично предимство

Тук можем да видим, че готвенето на храна дава мощно биохимично предимство на ранните еволюиращи хоминиди: то създава голям резервоар от D-цистеин, който може да бъде директно шунтиран и използван почти изключително от мозъка. Нашият мозък използва 20% от всички енергийни резерви на тялото [8], което изисква огромен оборот на АТФ, енергийната валута, използвана от живите организми. Тъй като АТФ се произвежда чрез процеса на аеробно дишане в митохондриите, като страничен продукт се получава голямо количество реактивни кислородни видове (ROS). Тези ROS могат да причинят хаос на невроните, когато те реагират и разкъсат съдържащата мазнини миелинова обвивка, която действа като изолация за увеличаване на скоростта на предаване между невроните. Излишъкът от сероводород, генериран от D-цистеин, би могъл да помогне за предпазването на непрекъснато нарастващия мозък от увреждане от ROS. Подобно на охлаждащата течност, необходима за предпазване на компютърните процесори от прегряване, D-цистеинът предпазва мозъка от преокисляване. В този случай D-цистеинът може дори да се счита за първата хранителна добавка за мозъка, приемана от всеки човек през целия си живот, в продължение на еони. И може би резултатът от този непреднамерен милионгодишен експеримент е съвременният човешки мозък.

Възможно ли е нашата еволюция, макар и частично, да бъде подтикната от една от първите изкуствени съставки в света? Ако е така, каква би била истинската разлика между естествената и изкуствената съставка, тази идея, че има строга разделителна линия между това, което природата е създала и това, което хората са създали?

В днешно време количеството хранителни вещества, които хората консумират, прави количеството наличен цистеин без значение. Цистеинът се съдържа в повечето храни с високо съдържание на протеини, като месо, яйца, мляко, бобови растения, соя, овес и пшеница. Повечето хора по света могат да получат достатъчно цистеин, за да оцелеят и да процъфтяват, без да претърпят сериозни пречки в своето неврологично развитие поради относително голямото изобилие от тези храни благодарение на съвременното земеделие. Предполага се обаче, че някои психични и психиатрични разстройства зависят от концентрациите на сероводород; например е доказано, че хората, засегнати от болестта на Алцхаймер, имат силно намалени нива на сероводород в мозъка си [9]. По-нататъшни изследвания ще бъдат необходими, за да се определи истинското значение на D-цистеина в нашата еволюция чрез разглеждане на еволюционната генетика на метаболизиращите ензими на D-цистеин, относителното значение на D-цистеин в човешката физиология, неговата роля в развитието на мозъка и здравето и ако има специфични хранителни изисквания за тази „неестествена“ аминокиселина, създадена по най-старата технология на човечеството.

Процесът на окислително фосфорилиране, последната стъпка в аеробното дишане. Взето от https://www.khanacademy.org/science/biology/cellular-respiration-and-fermentation/oxidative-phosphorylation/a/oxidative-phosphorylation-etc

Готвена храна на хоризонта

Възможността готвенето да е повлияла на цялата траектория на нашата еволюция е доста поразителна. На пръв поглед готвенето изглежда като ежедневие, ежедневна работа за хранене на телата ни. И дори в съвремието някои от нас избират да готвят като артистичен израз на желанието си за вкусна храна, докато други използват готвенето като средство за връзка с приятелите и семействата си. Готвенето вече не е свързано с оцеляването на тези, които живеят в западния свят. Съвременните технологии и хранителната индустрия, от които сме зависили, ни позволиха да се откажем от необходимостта да готвим сами; това, което ядем, се произвежда масово и до голяма степен се ръководи от потребителското търсене на населението. Ако обаче готвенето наистина е изиграло роля в това как сме се превърнали като вид, решенията, взети на индустриално, културно и лично ниво около храните, които сме избрали да ядем, и средствата им за производство, може да имат също толкова голяма роля въздействие върху бъдещата ни еволюция като всяка друга трансхуманистична технология, включително изкуствен интелект, кибернетика, нанотехнологии, космически пътувания и генно инженерство [10].

И ако Вранхам е прав, може да се наложи да накрая сменим старата максима на: ние сме това, което готвим.