Ткань мозга является одной из самых энергозатратных в организме, поэтому млекопитающим с более крупным мозгом требуется больше энергии для его поддержания и роста. Какие именно биологические изменения позволили предкам человека удовлетворить очень высокие потребности в энергии в процессе эволюции более крупного мозга, оставалось неясным. Новое исследование Северо-Западного университета США указывает на роль микробов кишечника – крошечных живых организмов в нашей пищеварительной системе, которые помогают расщеплять пищу и производить энергию.
В ходе контролируемого лабораторного эксперимента ученые имплантировали мышам микробы из двух видов приматов с большим мозгом (человека и беличьей обезьяны) и одного вида приматов с малым мозгом (макаки). Результаты исследования показали, что мыши с микробами из видов приматов с большим мозгом производили и расходовали больше энергии, в то время как мыши с микробами из видов с малым мозгом откладывали больше энергии в виде жира.
Полученные данные впервые свидетельствуют о том, что микробы из кишечника разных видов животных формируют различия в биологии между видами животных, и подтверждают гипотезу о том, что микробы кишечника могут влиять на эволюцию, изменяя работу организма животного.
Результаты исследования опубликованы в журнале Microbial Genomics. В предыдущих работах сравнивалось влияние генов и окружающей среды на приматов с большим и меньшим мозгом. Однако исследований, сравнивающих, как разные приматы расходуют энергию, очень мало.
«Мы знаем, что сообщество микробов, живущих в толстом кишечнике, может вырабатывать соединения, которые влияют на различные аспекты биологии человека – например, вызывают изменения в метаболизме, которые могут привести к резистентности к инсулину и увеличению веса», – говорит первый автор исследования Кэтрин Амато, доцент антропологии Северо-Западного университета. «Изменения в микробиоте кишечника – это неизученный механизм, с помощью которого метаболизм приматов может способствовать различным потребностям мозга в энергии», – говорит Амато.
После введения кишечных микробов мышам ученые измерили изменения в физиологии мышей с течением времени, включая увеличение веса, процент жира, уровень глюкозы натощак, работу печени и другие показатели. Были также измерены различия в типах микробов и соединениях, которые они вырабатывали в каждой группе мышей.
Исследователи думали, что микробы разных приматов приведут к различиям в биологии мышей. Также ожидалось, что мыши с человеческими микробами будут иметь наибольшие отличия в биологии от мышей с микробами двух других видов. «Хотя мы и увидели, что мыши с человеческими микробами имели некоторые различия, наиболее сильной была разница между приматами с большим мозгом (люди и беличьи обезьяны) и приматами с меньшим мозгом (макаки)», – говорит Амато.
Мыши, которым вводили микробы от человека и беличьих обезьян, имели схожую биологию, хотя эти два вида приматов с более крупным мозгом не являются близкими эволюционными родственниками друг друга. «Результаты позволяют предположить, что когда у людей и беличьих обезьян по отдельности развился более крупный мозг, их микробные сообщества изменились схожим образом, чтобы помочь обеспечить необходимую энергию», – говорит 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 дополнительные данные о биологических характеристиках хозяев, таких как иммунная функция и поведение.
