BDNF、耐久活動、および人類の脳の進化の根底にあるメカニズム

目的：複雑で多遺伝子形質として、脳の大きさは、認知機能と非認知機能と能力の両方に対する一連の直接的および間接選択圧力の影響を受けている可能性があります。ヒモニンの脳の拡大は、部分的には、有酸素能力に作用する選択に対する相関関係の反応であると仮定されています（Raichlen＆Polk、2013）。この仮説によれば、好気性能力の選択は、脳の成長に関与するものを含む、さまざまなシグナル伝達分子の活性を増加させました。1つの重要な分子は、哺乳類の神経発達、生存、可塑性を調節するタンパク質である脳由来の神経栄養因子（BDNF）です。このレビューは、BDNFの脳サイズのメディエーターとしての証拠を評価することにより、Raichlen and Polk（2013）の仮説を更新、部分的にテストし、拡張します。 議論：高温気候における持久力能力の選択は、筋肉組成、ミトコンドリアのダイナミクス、およびPGC-1αおよびMEF2遺伝子の調節を含む経路を通じてエネルギー収支の増加を支持し、どちらもBDNF活性を促進しました。さらに、毛のないことと皮膚の体温調節反応の進化は、BDNF活性と神経伝達物質合成の両方を促進する他の分子経路を提供します。これらの経路が、人間の進化における脳の大きさと機能の進化にどのように貢献し、将来の研究の手段を提案したかについて説明します。私たちの結果は、非認知機能の選択が人類の脳サイズの進化と直接的な機械的リンクを持っているというライヒレンとポークの主張を支持しています。

OBJECTIVES: As a complex, polygenic trait, brain size has likely been influenced by a range of direct and indirect selection pressures for both cognitive and non-cognitive functions and capabilities. It has been hypothesized that hominin brain expansion was, in part, a correlated response to selection acting on aerobic capacity (Raichlen & Polk, 2013). According to this hypothesis, selection for aerobic capacity increased the activity of various signaling molecules, including those involved in brain growth. One key molecule is brain-derived neurotrophic factor (BDNF), a protein that regulates neuronal development, survival, and plasticity in mammals. This review updates, partially tests, and expands Raichlen and Polk's (2013) hypothesis by evaluating evidence for BDNF as a mediator of brain size. DISCUSSION: We contend that selection for endurance capabilities in a hot climate favored changes to muscle composition, mitochondrial dynamics and increased energy budget through pathways involving regulation of PGC-1α and MEF2 genes, both of which promote BDNF activity. In addition, the evolution of hairlessness and the skin's thermoregulatory response provide other molecular pathways that promote both BDNF activity and neurotransmitter synthesis. We discuss how these pathways contributed to the evolution of brain size and function in human evolution and propose avenues for future research. Our results support Raichlen and Polk's contention that selection for non-cognitive functions has direct mechanistic linkages to the evolution of brain size in hominins.