Мозговая ткань является одной из самых энергетически затратных в организме, и в результате млекопитающим с большим мозгом требуется больше энергии для поддержки роста и поддержания мозга. Какие именно биологические изменения позволили предкам человека удовлетворить очень высокие потребности в энергии по мере того, как они развили более крупные мозги, остается неясным.
Исследование Северо-Западного университета указывает на роль кишечных микробов — крошечных живых организмов в нашей пищеварительной системе, которые помогают расщеплять пищу и вырабатывать энергию. Исследование опубликовано в журнале Microbial Genomics.
В контролируемом лабораторном эксперименте исследователи имплантировали мышам микробы от двух видов приматов с большим мозгом (человека и беличьей обезьяны) и одного вида приматов с маленьким мозгом (макаки).
Результаты показали, что мыши с микробами от видов приматов с большим мозгом производили и потребляли больше энергии, в то время как мыши с микробами от видов с маленьким мозгом запасали больше энергии в виде жира.
Полученные данные впервые демонстрируют, 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 организма животного.
Исследование предлагает новый взгляд на эволюцию человека, в частности на эволюцию нашего большого мозга.
Предыдущие исследования сравнивали влияние генов и окружающей среды на приматов с большим и меньшим мозгом. Однако существует очень мало исследований, сравнивающих, как разные приматы используют энергию. Еще меньше информации доступно о том, как развивается метаболизм у разных видов приматов.
«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», — сказала соавтор исследования Кэтрин Амато изпологии Северо-Западного университета. «Изменение микробиоты кишечника — это неизученный механизм, с помощью которого метаболизм приматов может способствовать удовлетворению различных энергетических потребностей мозга».
После введения микробов кишечника мышам без микробов исследователи измерили изменения в физиологии мышей с течением времени, включая набор веса , процент жира, уровень глюкозы натощак, функцию печени и другие признаки. Они также измерили различия в типах микробов и соединениях, которые они производили в каждой группе мышей.
Исследователи ожидали, что микробы от разных приматов приведут к различиям в биологии мышей, которым их привили. Они также ожидали, что мыши с человеческими микробами будут иметь самые большие отличия в биологии от мышей с микробами от двух других видов.
«Хотя мы увидели, что у мышей, которым вводили человеческие вирусы, есть некоторые различия, наиболее выраженная тенденция наблюдалась между приматами с большим мозгом (людьми и беличьими обезьянами) и приматами с меньшим мозгом (макаками)», — сказала Амато.
Мыши, которым давали микробы от людей и беличьих обезьян, имели схожую биологию, хотя эти два вида приматов с большим мозгом не являются близкими эволюционными родственниками друг друга. Это предполагает нечто иное, чем общее происхождение — вероятно, их общая черта большого мозга обуславливает биологическое сходство, наблюдаемое у мышей, которым вводили их микробы.
«Эти результаты свидетельствуют о том, что когда у людей и беличьих обезьян независимо друг от друга развился более крупный мозг, их микробные сообщества изменились схожим образом, чтобы обеспечить необходимую энергию», — сказала Амато.
В будущих исследованиях ученые надеются провести эксперимент с микробами из дополнительных 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.
