Кишечные бактерии могут быть ключом к разгадке эволюции мозга

Может это не всегда очевидно, но у нас, людей, действительно большой мозг по сравнению с размером нашего тела. Развитие большого мозга требует огромных затрат энергии, поэтому ученые давно задавались вопросом, как именно эволюция в итоге отправила нас на этот путь. Новое исследование предлагает интересное решение, и оно касается крошечных видов, которые живут внутри наших тел.

Кишечные микробы в настоящее время являются очень популярной темой в биологии и медицине: огромное количество исследований посвящено тому, как микроскопическая флора внутри нашего кишечника может влиять на различные аспекты здоровья человека и функций организма.

«Мы знаем, что сообщество микробов, живущих в толстом кишечнике, может вырабатывать соединения, которые влияют на аспекты биологии человека, например, вызывая изменения в обмене веществ, которые могут привести к резистентности к инсулину и увеличению веса», — говорит Кэтрин Амато, старший автор нового исследования из Northwestern University.

Неизвестно было, могут ли эти эффекты настолько сильно повлиять на энергетический обмен веществ, чтобы сыграть роль в эволюции мозга большего размера, чем средний.

Изменение микробиоты кишечника — это неизученный механизм, с помощью которого метаболизм приматов может способствовать удовлетворению различных энергетических потребностей мозга.

Кэтрин Амато

Кэтрин Амато и его коллеги пытались провести исследование, внедрив новые кишечные бактерии в мышей. Они извлекли кишечные микробы из образцов стула, взятых у людей-добровольцев и другого вида приматов с большим мозгом по отношению к общей массе тела, беличьей обезьяны, а также макак с маленьким мозгом для сравнения.

Мыши были стерильными, специализированными исследовательскими мышами, которые рождаются и растут в стерильной среде и, таким образом, не имеют собственного микробиома.

Результаты показали, что мыши с микробами от видов с большим мозгом производили и использовали больше энергии, что было бы необходимо для развития большого мозга. Те, у кого были микробы от макак с меньшим мозгом, запасали больше своей энергии в виде жира. Это первый раз, когда это было показано экспериментально, и добавляет веса гипотезе о том, что кишечные бактерии могут помогать формировать эволюцию.

«Изменение микробиоты кишечника — это неизученный механизм, с помощью которого метаболизм приматов может способствовать удовлетворению различных энергетических потребностей мозга», — сказала Кэтрин Амато.

«Хотя мы и увидели, что у мышей, которым прививали человеческие микробы, были некоторые различия, наиболее выраженная тенденция наблюдалась между приматами с большим мозгом (людьми и беличьими обезьянами) и приматами с меньшим мозгом (макаками)».

Несколько удивительно, что мыши, которым были привиты бактерии от людей и беличьих обезьян, оказались похожи друг на друга — беличьи обезьяны не являются нашими близкими родственниками в генеалогическом древе приматов, поэтому авторы подозревают, что тот факт, что у нас обоих по отдельности развился большой мозг, означает, что у нас по отдельности развилась и подходящая для этого кишечная флора.

Следующим шагом этого исследования является сравнение микробиомов других приматов с мозгом разных размеров. Ученые также хотят глубже погрузиться в лежащую в основе биологию — какие соединения производят эти микробы и как они влияют на биологические черты внутри вида-хозяина?

В целом исследование помогает приблизиться к ответу на один из самых сложных вопросов биологии и демонстрирует, как некоторые из самых больших эволюционных различий между людьми и другими животными могли быть сформированы мельчайшими организмами, которые живут внутри наших тел.

Исследование опубликовано в журнале Microbial Genomics.