Микробы, вырабатывающие большое количество метаболической энергии могут быть ключом к эволюции большого мозга.
Ткань мозга — одна из самых энергозатратных в организме, и, как результат, млекопитающим с более крупным мозгом требуется больше энергии, чтобы поддерживать рост и сохранность мозга. Какие именно биологические изменения позволяли предкам человека соответствовать высоким энергетическим запросам по мере развития более крупного мозга оставалось неясным. В новом исследовании рассматривается роль микробов кишечника, крошечных организмов нашей системы пищеварения, способных расщеплять пищу и вырабатывать энергию.
В контролируемом лабораторном эксперименте исследователи вводили мышам микробы, полученные от двух видов приматов с крупным мозгом (человека и беличьей обезьяны) и одного примата с маленьким мозгом (макаки).
Их результаты показали, что мыши с микробами от приматов с крупными мозгами вырабатывали и использовали больше энергии, а мыши с микробами от приматов с небольшим мозгом хранили больше энергии в виде жира.
Это первое исследование, где показано, что микробы кишечника от разных животных формируют различия в биологии у разных видов животных и поддерживается гипотеза о том, что микробы кишечника могут влиять на эволюцию, изменяя то, каким образом работает организм.
Исследование даёт новую точку зрения на эволюцию человека, в частности на эволюцию нашего крупного мозга.
Результаты исследования опубликованы 2 декабря в журнале Microbial Genomics.
В предыдущих исследованиях сравнивалось влияние генов и среды на приматов с большими и маленькими мозгами. Однако существует очень мало исследований, где сравнивается, каким образом приматы используют энергию. Ещё меньше информации о том, как у разных видов приматов развивается метаболизм.
«Мы знаем, чтоб сообщество микробов, населяющих наш толстый кишечник, может вырабатывать соединения, которые влияют на различные аспекты биологии человека, например, вызывая в обмене веществ изменения, способные приводить к инсулиновой резистентности и увеличению веса», — говорит первый автор исследования Кэтрин Амато, профессор-адъюнкт антропологии в Северо-Западном университете.
«Изменения в микробиоте кишечника — неисследованный механизм, в котором метаболизм приматов может способствовать возникновению различных требований по энергоснабжению мозга», — говорит Амато.
После введения кишечных микробов стерильным мышам исследователи измеряли изменения в физиологии мышей, включая набор веса, процент жира, уровень глюкозы натощак, функцию печени и другие параметры. Также они измеряли различия в типах микробов и производимых ими соединений в каждой группе мышей.
Исследователи ожидали обнаружить, что микробы от различных приматов послужат причиной различий в биологии привитых ими мышей. Также они ожидали, что у мышей с микробами от человека будут самые большие различия в биологии по сравнению с мышами с микробами от других двух видов.
«Хотя мы видели, что у мышей с человеческими микробами присутствовали некоторые отличия, самые большие различия наблюдались между приматами с большим мозгом (человек и беличья обезьяна) и приматами с меньшим мозгом (макаки)», — говорит Амато.
У мышей с микробами от человека и беличьих обезьян была похожая биология, хотя два этих вида приматов с крупным мозгом не находятся в близком эволюционном родстве. Это предполагает, что нечто иное, чем общий предок, скорее всего их общая черта в виде крупного мозга отвечает за биологическое сходство, наблюдаемое у мышей, привитых этими микробами.
«Эти результаты предполагают, что, когда у людей и беличьих обезьян независимо друг от друга развивались крупные мозги, их микробные сообщества изменялись подобным образом, чтобы помочь с выработкой необходимой энергии», — говорит Амато.
В будущих исследованиях учёные надеются провести эксперимент с микробами от других видов приматов с различающимися размерами мозга. Они также хотят собрать больше информации о типах химических соединений, производимых микробами, и накопить дополнительные данные о таких биологических характеристиках хозяев, как иммунная функция и поведение.
Автор — Стефани Кульке (Stephanie Kulke).
Материалы предоставлены Северо-Западным университетом (Northwestern University).
Перевод — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК». Источники.
Вам также может быть интересно: