Выяснилось, что кишечные микробы могли сформировать интеллект человека

Микробы, способствующие выработке большего количества метаболической энергии, могли сыграть ключевую роль в эволюции большого мозга, выяснили ученые Северо-Западного университета США. Это открытие предлагает новый взгляд на эволюцию человека.

Мозговая ткань является одной из самых энергетически затратных в организме, и в результате млекопитающим с большим мозгом требуется больше энергии для поддержания роста и мозга. До сих пор остается неясным, какие именно биологические изменения позволили предкам человека удовлетворить очень высокие потребности в энергии по мере их эволюции с более крупным мозгом.

Новое исследование этого процесса указывает на роль кишечных микробов, крошечных живых организмов, которые помогают расщеплять пищу и вырабатывать энергию. 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 ели больше, но росли медленнее и накапливали меньше жира. Избыточная энергия у них использовалась для производства большого количества глюкозы — основного топлива для мозга.

Полученные данные впервые продемонстрировали, что кишечные микробы разных видов животных формируют различия в биологии между видами животных. Это открытие предлагает новый взгляд на эволюцию человека, в частности, на развитие человеческого 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, приводящие к резистентности к инсулину и увеличению веса, — сказала первый автор исследования Кэтрин Амато. — Изменение микробиоты кишечника — это неизученный механизм, с помощью которого метаболизм приматов может способствовать удовлетворению различных энергетических потребностей мозга».

После введения кишечных микробов мышам исследователи фиксировали изменения в физиологии животных 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 создавали в каждой группе мышей.

Исследователи ожидали, что микробы от разных приматов приведут к различиям в биологии мышей, которым их привили. Предполагалось, что мыши с человеческими микробами будут иметь самые большие биологические отличия от мышей с микробами от двух других видов.

«Хотя мы заметили, что у мышей, которым имплантировали человеческие микробы, 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 внедрили микробы от людей и беличьих обезьян, имели схожую биологию, хотя эти два вида приматов с большим мозгом не являются близкими эволюционными родственниками друг друга. Этот вывод 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: 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 других видов приматов, различающихся по размеру мозга. Исследователи также хотели бы собрать больше информации о типах соединений, которые производят микробы, и дополнительные данные о биологических особенностях хозяев, таких как иммунная функция и поведение.

Исследования, которые были проведены ранее, выявили различные группы клеток в миндалевидном теле людей и приматов. Каждая из них имеет уникальные особенности экспрессии генов, открывая путь к методам лечения таких состояний, как тревожность, с которой сталкиваются десятки миллионов людей по всему миру.