Новое исследование, проведенное учеными из Северо-Западного университета, предполагает, что кишечные микробы играли ключевую роль в эволюции более крупного мозга у приматов. В ходе эксперимента исследователи имплантировали микробы от людей, беличьих обезьян (виды с большим мозгом) и макак (виды с маленьким мозгом), наблюдая, как микробы от приматов с большим мозгом увеличивают выработку энергии, в то время как микробы от приматов с меньшим мозгом способствуют накоплению жира.
Результаты показывают, что различия в микробиоте кишечника, возможно, развились для удовлетворения более высоких энергетических потребностей более крупного мозга. Это исследование предлагает свежий взгляд на эволюцию человека, подчеркивая потенциал кишечных микробов в формировании метаболических и биологических особенностей.
Мозговая ткань является одной из самых энергозатратных в организме, и в результате млекопитающим с более крупным мозгом требуется больше энергии для поддержания роста и поддержания мозга. Какие именно биологические изменения позволили предкам человека удовлетворить очень высокие потребности в энергии по мере развития более крупного мозга, остается неясным.
Новое исследование, опубликованное в журнале Microbial Genomics, указывает на роль кишечных микробов, крошечных живых организмов в нашей пищеварительной системе, которые помогают расщеплять пищу и производить энергию.
В ходе эксперимента исследователи имплантировали микробы от двух видов приматов с большим мозгом (человека и беличьей обезьяны) и одного вида приматов с маленьким мозгом (макаки) мышам. Их результаты показали, что мыши с микробами от видов приматов с большим мозгом производят и используют больше энергии, в то время как мыши с микробами от видов с маленьким мозгом хранят больше энергии в виде жира.
Эти данные впервые показывают, что кишечные микробы разных видов животных формируют различия в биологии между видами животных и подтверждают гипотезу о том, что кишечные микробы могут влиять на эволюцию, изменяя работу тела животного.
«Мы знаем, что сообщество микробов, живущих в толстой кишке, может производить соединения, которые влияют на аспекты биологии человека, например, вызывая изменения в метаболизме, которые могут привести к резистентности к инсулину и увеличению веса», — отметила первый автор исследования, доцент антропологии Северо-Западного университета Кэтрин Амато.
«Изменения в микробиоте кишечника — это неизученный механизм, благодаря которому метаболизм приматов может способствовать различным энергетическим потребностям мозга», — добавила Амато.
После введения кишечных микробов мышам, свободным от микробов, исследователи измерили изменения в физиологии мышей с течением времени, включая увеличение веса, процентное содержание жира, уровень глюкозы натощак, функцию печени и другие характеристики. Они также измерили различия в типах микробов и соединениях, которые они производят, в каждой группе мышей.
Исследователи ожидали, что обнаружение микробов у разных приматов приведет к различиям в биологии привитых ими мышей. Они также ожидали, что мыши с человеческими микробами будут иметь наибольшее отличие по биологии от мышей с микробами двух других видов.
«Хотя мы действительно видели, что у мышей, привитых человеком, были некоторые различия, наиболее яркой закономерностью была разница между приматами с большим мозгом (люди и беличьи обезьяны) и приматами с меньшим мозгом (макаками)», — отметила Амато.
Мыши, получавшие микробы от людей и беличьих обезьян, имели сходную биологию, хотя эти два вида приматов с более крупным мозгом не являются близкими эволюционными родственниками друг друга. Это предполагает нечто иное, чем общее происхождение — вероятно, их общая черта — большой мозг — является причиной биологического сходства, наблюдаемого у мышей, привитых их микробами.
«Эти результаты показывают, что, когда у людей и беличьих обезьян по отдельности развился более крупный мозг, их микробные сообщества изменились аналогичным образом, чтобы помочь обеспечить необходимую энергию», — отметила Амато.
В будущих исследованиях ученые надеются провести эксперимент с микробами других видов приматов, различающихся по размеру мозга. Они также хотели бы собрать больше информации о типах соединений, которые производят микробы, и собрать дополнительные данные о биологических особенностях хозяев, таких как иммунная функция и поведение.
Литература.
“The primate gut microbiota contributes to interspecific differences in host metabolism” by Katherine Amato et al. Microbial Genomics
