Микробиом мог сформировать ранние человеческие популяции
Люди имеют необычную возрастную структуру по сравнению с другими животными: наши дети долго зависят от родителей, а пожилые живут очень долго после прекращения репродукции.
Мог ли микробиом — совокупность микроорганизмов, населяющих тело человека — сыграть активную роль в формировании этой особенности?
Такую гипотезу выдвинул Мартин Блейзер, профессор медицины и микробиологии Медицинского центра Лангоне при NYU, поддержанную математическими моделями Гленна Уэбба, профессора математики Университета Вандербильта. Их аргументы изложены в статье "Host demise as a beneficial function of indigenous microbiota in human hosts", опубликованной в журнале mBio.
Человеческий микробиом состоит из ~100 триллионов микробных клеток, превосходя по числу человеческие клетки в ~10 раз. Согласно хологеномной теории эволюции, объектом естественного отбора является не только организм, но и его микробное сообщество.
Идея о влиянии микробов на возрастную структуру возникла у Блейзера из исследований бактерии Helicobacter pylori, присутствующей в желудке >50% населения мира. H. pylori мирно сосуществует с человеком большую часть жизни и даже полезна (например, регулирует уровень кислотности желудка), но является основной причиной рака желудка, риск которого возрастает с возрастом.
"Настоящий симбионт — это организм, который поддерживает вас в молодости и убивает в старости. Это не очень хорошо для вас, но хорошо для вида", — сказал Блейзер.
Уэбб разработал нелинейные дифференциальные уравнения для моделирования динамики биологических процессов. Они создали модель ранней популяции охотников-собирателей, чтобы проверить эту идею.
Основные допущения модели:
- Люди за последние ~100 000 поколений не сильно изменились и потенциально могли жить до 120 лет.
- Средняя продолжительность жизни была короче из-за факторов смертности, устранённых в современном обществе (инфекции, тяжёлый труд, нехватка пищи).
- Население разделено на три возрастные группы: ювенильная, репродуктивная и сенильная (стареющая).
Результаты моделирования:
- Добавление фактора риска, подобного Shigella (одна из основных бактериальных причин диареи), который увеличивал смертность только среди детей, приводило к краху популяции.
- Добавление фактора смертности типа H. pylori, возрастающего с годами, уменьшало долю пожилого населения. Это благотворно влияло на молодое поколение, снижая спрос стариков на ресурсы. Итог — более стабильный рост популяции по сравнению с базовым сценарием.
- Удвоение уровня фертильности создавало нестабильную систему, ввергаемую в катастрофические циклы "бума и спада" после катаклизмов.
- Увеличение доли пожилых людей в популяции охотников-собирателей даже на небольшую величину приводило её в состояние упадка.
Результаты согласуются с идеей, что эволюция могла действовать на человеческий микробиом, favoring бактерии вроде H. pylori, которые нацелены на стареющих особей. Это стабилизирует человеческую популяцию, что выгодно и самим бактериям, так как они теряют хозяев при её крахе.
Моделирование также показывает, что у людей были правильные уровни фертильности и смертности, чтобы поддержать нашу необычную возрастную структуру.
"30–40 тысяч лет назад в мире было всего 30–40 тысяч людей... Выжили ли мы, потому что наши предки были достаточно устойчивы, чтобы справиться со всеми изменениями среды и катастрофами? Согласно нашим уравнениям, именно так", — сказал Уэбб.