1 tydzień temu
Badania przeprowadzone przez naukowców z Northwestern University oferują nowe spojrzenie na ewolucję człowieka, w szczególności na ewolucję naszych dużych mózgów. W publikacji, która ukazała się na łamach pisma „Microbial Genomics” (DOI: 10.1099/mgen.0.001322), uczeni sugerują, iż dorobiliśmy się dużych mózgów dzięki społeczności mikroorganizmów zasiedlających nasze jelita.
Mikrobiom jelitowy
Tkanka mózgowa należy do najbardziej energochłonnych w naszym organizmie. Dlatego ssaki o dużych mózgach potrzebują więcej energii. Które dokładnie zmiany biologiczne pozwoliły przodkom człowieka zaspokoić bardzo wysokie zapotrzebowanie na energię, gdy ewoluowali w kierunku większych mózgów, pozostaje niejasne. Nowe badania wskazują na rolę mikrobów jelitowych, maleńkich organizmów żyjących w naszym układzie trawiennym, które pomagają rozkładać pokarm i wytwarzać energię.
Mikrobiom jelitowy to ogromna społeczność grzybów, drożdży i bakterii zasiedlających ludzki przewód pokarmowy. Są one istotne dla trawienia, wchłaniania składników odżywczych, odporności i nie tylko. Mikroorganizmy jelitowe odgrywają też dużą rolę w utrzymaniu naszego organizmu w zdrowiu. Różne warianty mikrobiomu mogą być szkodliwe dla ludzi i odgrywać istotną rolę przy rozwoju niektórych chorób. Przybywa dowodów, iż mikroorganizmy zamieszkujące nasze jelita mogą wpływać na ryzyko rozwoju depresji, choroby Alzheimera czy cukrzycy.
– Wiemy, iż społeczność mikrobów żyjących w jelicie grubym może wytwarzać związki, które wpływają na różne aspekty biologii człowieka, na przykład powodując zmiany w metabolizmie, które mogą prowadzić do insulinooporności i przyrostu masy ciała – przyznała Katherine Amato z Northwestern University, współautorka nowego badania. Ale do tej pory nie było do końca wiadomo, czy te efekty mogą sięgać tak daleko, aby kształtować metabolizm energetyczny w takim stopniu, żeby odegrał on rolę w ewolucji mózgów większych niż przeciętne.
Mikroby jelitowe mogą wpływać na ewolucję
By się o tym przekonać badacze zaprojektowali interesujący eksperyment. Najpierw wyekstrahowali mikroby jelitowe z próbek kału pobranych od dwóch gatunków naczelnych o dużych mózgach – człowieka i sajmiri wiewiórczej oraz jednego gatunku naczelnych o nieco mniejszym mózgu – makaka. Następnie wszczepili te mikroorganizmy jelitowe myszom.
Analizy wykazały, iż myszy z mikrobami człowieka i sajmiri wiewiórczej wytwarzały i zużywały więcej energii, niż potrzeba do rozwinięcia dużego mózgu, a te z mikrobami makaka magazynowały więcej energii w postaci tłuszczu. Badanie te są pierwszymi, które pokazują, iż mikroby jelitowe z różnych gatunków kształtują różnice w biologii między gatunkami. Potwierdzają też tezę, iż mikroby jelitowe mogą wpływać na ewolucję, zmieniając sposób działania ciała zwierzęcia.
We wcześniejszych badaniach naukowcy porównywali wpływ genów czy środowiska na ścieżki ewolucji prowadzące do rozwinięcia dużych mózgów. W nowych pracach uczeni wskazują, iż to raczej zasługa mikrobiomu jelitowego i wynikającego z niego szybkiego metabolizmu. Jednak kilka badań poświęcono porównaniu, w jaki sposób różne naczelne wykorzystują energię. Jeszcze mniej informacji jest dostępnych na temat tego, jak rozwija się metabolizm u różnych gatunków naczelnych. – Zmienność mikrobioty jelitowej to niezbadany mechanizm, w którym metabolizm naczelnych może ułatwiać różne wymagania energetyczne mózgu — powiedziała Amato.
Niezbadane ścieżki ewolucji
Gryzonie, którym wszczepiono obcy mikrobiom jelitowy, byłe specjalnie hodowane w sterylnym środowisku laboratorium. Po wprowadzeniu do ich organizmów jelitowych mikrobów naczelnych, naukowcy zmierzyli zmiany w fizjologii myszy w czasie, w tym przyrost masy ciała, procent tłuszczu, poziom glukozy na czczo, funkcję wątroby i inne cechy. Zmierzyli również różnice w typach mikrobów i związkach, które produkowały.
Naukowcy oczekiwali, iż myszy z ludzkimi mikrobami będą wykazywać więcej różnic od myszy z mikrobami od dwóch pozostałych gatunków. Ale eksperymenty pokazały, iż gryzonie, które otrzymały mikrobiom jelitowy człowieka i sajmiri wiewiórczej miały podobną biologię, mimo iż te dwa gatunki naczelnych o większych mózgach nie są bliskimi krewnymi ewolucyjnymi. Sugeruje to coś innego niż wspólne pochodzenie. To prawdopodobnie wspólna cecha gatunków o dużych mózgach jest przyczyną biologicznych podobieństw widocznych u myszy z ich mikrobami jelitowymi.
– Te odkrycia sugerują, iż gdy ludzie i sajmiri wiewiórcze osobno rozwinęły większe mózgi, ich społeczności mikrobów zmieniły się w podobny sposób, aby zapewnić niezbędną energię – przyznała Amato.
W przyszłych badaniach naukowcy chcą przeprowadzić eksperymenty z mikrobami innych gatunków naczelnych różniących się wielkością mózgu. Chcieliby również zebrać więcej informacji na temat rodzajów związków wytwarzanych przez mikroby oraz dodatkowe dane na temat biologicznych cech gospodarzy, takich jak funkcja odpornościowa i zachowanie.
Źródło: Northwestern University, IFLScience, fot. Annelise Capossela
