Ученые доказали: эволюция человеческого мозга зависела от углеводов, а не от мяса

약 400만년 전 아프리카에 살았던 인류의 조상 루시(오스트랄로피테쿠스 아파렌시스)는 뇌 무게가 300g 남짓이었다. 침팬지의 뇌와 엇비슷한 무게다. 그러나 약 30만년 전에 출현한 현생 인류(호모 사피엔스)의 뇌는 무려 1500g이나 됐다. 큰 뇌가 활동하려면 큰 에너지가 필요하다. 더구나 인간의 뇌는 질량으론 전체 몸의 2%에 불과하지만, 에너지 소비량은 기초대사량 기준으로 전체의 20%에 이른다. 성장기에 있는 어린이의 경우엔 그 비율이 3분의 2이나 된다. 인간은 어떻게 이런 크고 강력한 뇌를 갖게 됐을까? 그동안 학계에서는 육류(단백질, 지방 등) 섭취와 익혀 먹는 가열 조리법을 뇌 용량을 키운 주된 원동력으로 봤다. 사냥법을 익히면서 고기를 섭취하기 시작했고, 불을 사용할 줄 알면서 고기 소화력이 훨씬 좋아지자, 뇌가 성장하는 데 충분한 에너지가 공급될 수 있었을 것이라는 설명이다. 그러나 여기엔 일종의 함정이 있다. 뇌가 쓰는 에너지는 단백질이 아니라 포도당이기 때문이다. 포도당이 뇌를 직접 키우는 건 아니지만, 포도당의 지원을 받지 못하면 뇌는 커질 수 없다. 오스트레일리아 시드니대와 영국 글래스고대 연구진이 인류의 뇌 진화에는 단백질보다 과일과 꿀의 당분과, 녹말 속 탄수화물이 더 중요한 역할을 했을 수 있다는 연구 결과를 국제학술지 사이언스에 발표했다. 연구진은 인류 진화 과정에서의 영양 섭취와 대사 모델을 분석한 결과, 우리 몸에 필요한 총 에너지의 절반 이상을 탄수화물이 공급했다고 밝혔다. 처음엔 65% 이상을 과일과 꿀 등 자연 상태의 당분에서 얻었다가, 이후 익혀 먹을 수 있게 되자 전분이 새 에너지 공급원으로 추가돼 현생 인류가 진화할 즈음엔 과일과 꿀이 20~35%, 녹말이 25%, 단백질 비중은 20% 미만이었다는 것이다. 연구진은 오늘날 우리가 단 음식을 갈망하는 데는 이런 진화적 뿌리가 배경에 있다고 밝혔다. 진화 과정을 6단계로 나눠 식단 분석 이번 연구는 2017년 뉴욕대 연구진이 영장류의 뇌를 연구하던 중 흥미로운 발견을 한 것이 계기가 됐다. 140종이 넘는 영장류를 조사한 결과, 과일을 먹는 영장류가 풀을 먹는 영장류보다 뇌가 평균 25% 더 큰 것은 물론, 고기를 먹는 잡식 영장류보다도 더 큰 것으로 나타난 것이다. 이번 연구의 주저자인 제니 브랜드-밀러 시드니대 교수(인간영양학)는 이 논문을 접하고 “마치 전구에 불이 켜지는 듯한” 영감을 받았다고 과학전문지 사이언티픽아메리칸에 말했다. 그는 몸 안에서 단백질을 포도당으로 전환하는 과정은 에너지 효율이 떨어질 뿐만 아니라, 임신·수유기 여성과 아동의 폭발적인 포도당 수요를 감당하기엔 부족하다는 데 주목했다. 육류 위주의 식단만으로는 에너지 수요를 감당할 수 없었다. 연구진은 화석 기록 등을 토대로 인류의 조상 루시부터 오늘날의 수렵채집인에 이르기까지 400만년에 걸친 진화를 6단계로 나누고 각 단계의 호미닌 식단 모델을 만들었다. 이를 위해 우선 포도당을 주요 에너지원으로 사용하는 장기와 조직의 전체 포도당 수요량, 임신과 수유기에 추가로 필요한 포도당의 양을 계산했다. 그런 다음 각 단계별로 인류 조상들이 탄수화물과 지방, 단백질 같은 영양소를 어떻게 획득했을지 재구성했다. 이에 따르면 초기 인류는 아프리카 열대림의 과일과 꿀에 함유된 당분을 통해 포도당을 충당했다. 이들이 자연에서 얻은 당분은 전체 섭취 에너지의 3분의 2 이상이었다. 연구진은 “언제 어디서 달콤한 과일이 익는지 기억하고 경쟁자를 따돌리는 과정 자체가 초기 뇌 진화를 자극했을 것”이라고 말했다. 인간의 색각은 달콤하면서도 잘 익은 과일을 골라내는 데 훌륭한 식별자 역할을 했다. 우리가 단맛에 끌리는 근본적 이유 이후 약 100만년 전 불을 다루기 시작하면서 인류는 뿌리채소나 곡물 등에 함유된 녹말을 익혀 먹을 수 있게 됐다. 익힌 탄수화물은 빠르게 포도당으로 전환돼 뇌의 2차 폭발적 성장을 뒷받침했다. 그러나 아프리카를 벗어나 더 기온이 낮고 건조한 지역으로 이동한 뒤에는 탄수화물 섭취가 충분하지 않았다. 이에 따라 당분과 탄수화물을 더 잘 흡수할 수 있는 유전자가 선택적으로 발달하게 됐다. 예컨대 녹말 소화에 관여하는 아밀라제 효소 유전자가 침팬지는 1개인 반면, 인간은 최대 20개까지 있다. 연구진은 혈당 수치를 높이는 이 유전자들은 오늘날 제2형 당뇨병이나 심혈관 질환을 유발하는 원인으로 작용하고 있다고 밝혔다. 이번 연구는 현대인이 왜 그토록 단맛에 끌리는지, 당뇨병은 왜 그렇게 흔해졌는지에 대한 진화론적 설명을 제시한다. 하지만 이번 연구는 가정에 근거하고 있다는 한계가 있다. 연구에 참여하지 않은 콜로라도 볼더대 맷 스폰하이머 교수(인류학)는 “매우 가치있는 분석이지만 불확실한 토대 외에 세워진 연구”라고 지적했다. 예컨대 연구진은 오스트랄로피테쿠스가 침팬지와 거의 같은 식단을 섭취했을 것이라고 가정했지만, 그것이 사실이라는 걸 누가 확신할 수 있느냐는 것이다. 연구진은 “인간 진화에서 식단의 역할은 필연적으로 추측에 불과하지만 색각, 치아 형태, 충치, 동위원소 비율 같은 객관적 증거는 초기 인류가 과일 위주의 식단을 통해 당분을 많이 섭취했음을 시사한다”며 “큰 뇌 등과 관련한 인간의 매우 높은 대사율은 풍부한 당분과 조리된 전분 없이는 불가능했을 것”이라고 밝혔다. 연구 논문이 발표되자, 간에서 지방을 분해해 포도당으로 바꾸거나 포도당을 대체하는 등 체내에서 다른 방법으로 뇌의 포도당 수요를 충분히 충당할 수 있다는 반박이 잇따라 나왔고, 연구진이 이에 재반박하며 논쟁이 이어지고 있다. *논문 정보 'A central role for dietary sugars in human evolution'. DOI: 10.1126/science.aed8437 곽노필 선임기자 [email protected]