Как человеческий мозг стал таким большим? Ответ может быть в нашем кишечнике

Мозговая ткань — одна из самых энергозатратных в организме. Поэтому млекопитающим с большим мозгом требуется больше энергии для его роста и поддержания. Какие именно биологические изменения позволили предкам человека удовлетворять эти высокие энергетические потребности в процессе эволюции, оставалось неясным.

Исследование Северо-Западного университета указывает на роль кишечных микробов — микроскопических организмов в нашей пищеварительной системе, которые помогают расщеплять пищу и производить энергию.

Исследование опубликовано в журнале Microbial Genomics.

В контролируемом лабораторном эксперименте исследователи имплантировали мышам микробиомы от двух видов приматов с большим мозгом (человека и беличьей обезьяны) и одного вида с маленьким мозгом (макаки).

Результаты показали, что мыши с микробами от приматов с большим мозгом производили и использовали больше энергии, в то время как мыши с микробами от вида с маленьким мозгом накапливали больше энергии в виде жира.

Эти данные впервые демонстрируют, что кишечные микробы разных видов животных формируют вариации в их биологии. Это подтверждает гипотезу о том, что микробиом кишечника может влиять на эволюцию, изменяя работу организма животного.

Исследование предлагает новый взгляд на эволюцию человека, в частности, на эволюцию нашего большого мозга.

Предыдущие работы сравнивали влияние генов и окружающей среды на приматов с большим и маленьким мозгом. Однако исследований, сравнивающих, как разные приматы используют энергию, очень мало. Ещё меньше информации о том, как метаболизм развивается у разных видов приматов.

«Мы знаем, что сообщество микробов, живущих в толстом кишечнике, может производить соединения, влияющие на аспекты биологии человека — например, вызывая изменения в метаболизме, которые могут привести к инсулинорезистентности и увеличению веса», — сказала первый автор исследования Кэтрин Амато, доцент антропологии в Северо-Западном университете.

«Вариативность микробиоты кишечника — это неисследованный механизм, с помощью которого метаболизм приматов мог бы удовлетворять различные энергетические потребности мозга», — отметила Амато.

После введения кишечных микробов стерильным мышам исследователи измеряли изменения в физиологии мышей с течением времени, включая прибавку в весе, процент жира, уровень глюкозы натощак, функцию печени и другие признаки. Они также измеряли различия в типах микробов и производимых ими соединениях в каждой группе мышей.

Исследователи ожидали обнаружить, что микробы от разных приматов приведут к различиям в биологии заселенных ими мышей. Они также предполагали, что мыши с человеческими микробами будут сильнее всего отличаться по биологии от мышей с микробами двух других видов.

«Хотя мы действительно увидели, что у мышей, заселенных человеческим микробиомом, были некоторые отличия, наиболее сильной закономерностью стало различие между приматами с большим мозгом (человек и беличья обезьяна) и приматами с меньшим мозгом (макаки)», — сообщила Амато.

Мыши, получившие микробы от человека и беличьей обезьяны, демонстрировали сходную биологию, несмотря на то, что эти два вида приматов с большим мозгом не являются близкими эволюционными родственниками. Это говорит о том, что причиной биологического сходства у мышей с их микробами является не общее происхождение, а, вероятно, их общий признак — большой мозг.

«Эти результаты позволяют предположить, что когда люди и беличьи обезьяны независимо друг от друга эволюционировали в сторону увеличения мозга, их микробные сообщества менялись сходным образом, чтобы помочь обеспечить необходимую энергию», — заключила Амато.

В будущих исследованиях учёные надеются провести эксперимент с микробами от дополнительных видов приматов, различающихся по размеру мозга. Они также хотели бы собрать больше информации о типах соединений, производимых микробами, и получить дополнительные данные о биологических признаках хозяев, таких как иммунная функция и поведение.