Исследователи из Института биологии Макса Планка в Тюбингене показали, что изменение микробиома мышей, а не их генетики, может приводить к поведенческим изменениям уже через четыре поколения. Ученые показали, что признаки могут передаваться не только через гены животного, но и через микробиом, что имеет важное значение для понимания эволюции.
Односторонние эксперименты по селекции уже проводились на растениях, где показали, что почвенные микробиомы могут передавать такие признаки, как увеличенная биомасса или устойчивость к засухе. Предыдущие работы группы Рут Лей обнаружили, что микробы передаются между поколениями внутри семей, причем эволюционная траектория кишечного микробиома повторяет траекторию эволюции человека. Это говорит о том, что связь между хозяином и микробиомом имеет древнюю историю и может играть важную роль в адаптации видов к меняющимся условиям окружающей среды.
Животные и их микробиомы эволюционировали бок о бок миллионы лет, но до сих пор не удавалось разделить роль меняющегося микробиома и генетики хозяина-млекопитающего, когда естественный отбор закрепляет определенные признаки. Чтобы изолировать влияние кишечного микробиома на поведение, ученые сохраняли геном хозяина постоянным, позволяя меняться только микробиому. «Это так называемый односторонний эксперимент по отбору, который никогда прежде не проводился на млекопитающих», — отмечает соавтор работы Рут Лей. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Лень как адаптация
Команда отобрала признак, который достаточно широко варьировался в группе мышей, чтобы отслеживать изменения во времени — двигательную активность. Перенос микробиома от наименее активной мыши в стерильных мышей приводил к снижению их подвижности по сравнению с контрольной группой. Затем микробиом от самой малоподвижной мыши этого поколения переносили в генетически идентичных стерильных мышей следующего поколения для нового раунда отбора.
После четырех раундов селекции мыши, получившие «медленный» микробиом, демонстрировали заметное снижение двигательной активности. При анализе кишечного микробиома этих мышей обнаружилось обогащение бактериями Lactobacillus и их метаболитом — индолелактатной кислотой. Введение другим мышам этих бактерий или метаболита также приводило к снижению их подвижности.
Если микробы, передающиеся между поколениями, могут придавать отбираемые признаки, то микробы фактически действуют как гены, считает Лей. Это открывает возможности быстрой адаптации животных к изменениям среды, поскольку микробы могут приобретаться мгновенно из окружения и эволюционируют быстрее, чем геномы животных.