Mikroby wspierające wytwarzanie większej ilości energii metabolicznej mogą być kluczem do ewolucji dużych mózgów.
Mikroorganizmy zwiększające produkcję energii metabolicznej mogły odegrać kluczową rolę w ewolucji dużych mózgów.
- Pierwsze badanie mające na celu wykazanie, że drobnoustroje jelitowe pochodzą od różnych zwierząt gatunek zmiany kształtu w ich biologii.
- Zapewnia świeży wgląd w ewolucję człowieka, zwłaszcza rozwój dużych mózgów.
- Myszy z drobnoustrojami jelitowymi naczelnych o dużych mózgach jadły więcej, ale rosły wolniej i gromadziły mniej tkanki tłuszczowej.
- Nadmiar energii tych myszy wykorzystano do wytworzenia wysokiego poziomu glukozy, głównego paliwa mózgu.
Potrzeby energetyczne mózgu i wpływ drobnoustrojów
Tkanka mózgowa należy do najbardziej kosztownych energetycznie w organizmie, w związku z czym ssaki o większych mózgach wymagają więcej energii, aby wspierać wzrost i utrzymanie mózgu. Nie jest jasne, które dokładnie zmiany biologiczne pozwoliły przodkom człowieka zaspokoić bardzo wysokie zapotrzebowanie na energię w miarę ewolucji większych mózgów. Nowy Uniwersytet Północno-Zachodni badanie wskazuje na rolę drobnoustrojów jelitowych, drobnych żywych organizmów w naszym układzie trawiennym, które pomagają rozkładać żywność i wytwarzać energię.
W kontrolowanym eksperymencie laboratoryjnym naukowcy wszczepili myszom drobnoustroje pochodzące z dwóch gatunków naczelnych o dużych mózgach (człowieka i małpy wiewiórki) oraz jednego gatunku naczelnych o małym mózgu (makaka).
Odkrycia wykazały, że myszy z drobnoustrojami z gatunków naczelnych o dużych mózgach wytwarzały i zużywały więcej energii, podczas gdy myszy z drobnoustrojami z gatunków o małych mózgach magazynowały więcej energii w postaci tłuszczu.
Szerszy wpływ na zrozumienie ewolucji
Dane te jako pierwsze pokazują, że drobnoustroje jelitowe różnych gatunków zwierząt kształtują różnice w biologii między gatunkami zwierząt i potwierdzają hipotezę, że drobnoustroje jelitowe mogą wpływać na ewolucję, zmieniając sposób działania organizmu zwierzęcia.
Badanie oferuje nowe spojrzenie na ewolucję człowieka, zwłaszcza na ewolucję naszych dużych mózgów.
Wyniki zostaną opublikowane dzisiaj (2 grudnia) w czasopiśmie Genomika drobnoustrojów.
Porównanie wykorzystania energii i rozwoju metabolicznego naczelnych
Wcześniejsze badania porównywały wpływ genów i środowiska na naczelne o większych i mniejszych mózgach. Jednakże istnieje bardzo niewiele badań porównujących sposób, w jaki różne naczelne wykorzystują energię. Jeszcze mniej dostępnych jest informacji na temat rozwoju metabolizmu u różnych gatunków naczelnych.
„Wiemy, że społeczność drobnoustrojów żyjących w jelicie grubym może wytwarzać związki wpływające na pewne aspekty biologii człowieka – na przykład powodując zmiany w metabolizmie, które mogą prowadzić do insulina odporność i przyrost masy ciała” – powiedziała pierwsza autorka badania, Katherine Amato, profesor antropologii na Northwestern.
„Zmiany w mikroflorze jelitowej to niezbadany mechanizm, w ramach którego metabolizm naczelnych może ułatwiać różne wymagania energetyczne mózgu” – powiedział Amato.
Po wprowadzeniu drobnoustrojów jelitowych do myszy wolnych od drobnoustrojów naukowcy zmierzyli zmiany w fizjologii myszy w czasie, w tym przyrost masy ciała, procent tłuszczu, poziom glukozy na czczo, czynność wątroby i inne cechy. Zmierzyli także różnice w typach drobnoustrojów i wytwarzanych przez nie związkach w każdej grupie myszy.
Zaobserwowane wzorce i wnioski
Naukowcy spodziewali się, że znalezienie drobnoustrojów pochodzących od różnych naczelnych doprowadzi do różnic w biologii zaszczepionych nimi myszy. Oczekiwali także, że myszy z ludzkimi drobnoustrojami będą miały największą różnicę w biologii od myszy z drobnoustrojami z pozostałych dwóch gatunków.
„Chociaż zaobserwowaliśmy pewne różnice między myszami zaszczepionymi ludźmi, najsilniejszym wzorcem była różnica między naczelnymi o dużych mózgach (ludzie i małpy wiewiórki) a naczelnymi o mniejszych mózgach (makaki)” – stwierdziła Amato.
Myszy, którym podano drobnoustroje pochodzące od ludzi i małp wiewiórek, miały podobną biologię, mimo że te dwa gatunki naczelnych o większych mózgach nie są blisko spokrewnionymi ewolucyjnie. Sugeruje to coś innego niż wspólne pochodzenie — prawdopodobnie wspólna cecha dużych mózgów powoduje biologiczne podobieństwa obserwowane u myszy zaszczepionych ich drobnoustrojami.
„Odkrycia te sugerują, że kiedy u ludzi i małp wiewiórek oddzielnie wyewoluowały większe mózgi, ich społeczności drobnoustrojów zmieniły się w podobny sposób, aby zapewnić niezbędną energię” – powiedział Amato.
Przyszłe kierunki badań
W przyszłych badaniach naukowcy mają nadzieję przeprowadzić eksperyment z drobnoustrojami z dodatkowych gatunków naczelnych różniących się wielkością mózgu. Chcieliby także zebrać więcej informacji na temat rodzajów związków wytwarzanych przez drobnoustroje i zgromadzić dodatkowe dane na temat cech biologicznych żywicieli, takich jak funkcja immunologiczna i zachowanie.
Odniesienie: „Mikroflora jelit naczelnych przyczynia się do różnic międzygatunkowych w metabolizmie żywiciela” 2 grudnia 2024 r., Genomika drobnoustrojów.
DOI: 10.1099/mgen.0.001322
