Bilim adamları, insanların nasıl bu kadar alışılmadık derecede büyük, enerjiye aç bir şekilde evrimleştiğini uzun zamandır merak ediyorlardı. beyin. Nöronlar pahalıdır. Sürekli ve güvenilir bir yakıt kaynağına, özellikle de glikoza ihtiyaç duyarlar ve insan beyni, vücudun enerji bütçesinden orantısız bir pay tüketir.
Yeni bir çalışma, cevabın bir kısmının genlerimizde değil, bağırsaklarımızda yaşayan mikroskobik ekosistemlerde olabileceğini öne sürüyor.
‘da yayınlanan bir makalede Ulusal Bilimler Akademisi BildirileriAraştırmacılar, farklı primat türlerinden gelen bağırsak mikroplarının çarpıcı derecede farklı davranış kalıplarına neden olabileceğini bildiriyor. beyin gen aktivitesi farelere aktarıldığında.
Dikkat çekici bir şekilde, insanlar da dahil olmak üzere büyük beyinli primatlardan gelen mikroplar, primat beyinlerindeki evrimsel farklılıkları yansıtan enerji üretimiyle bağlantılı beyin değişikliklerini tetikliyor.
Bulgular, bağırsak mikrobiyomunda meydana gelen değişimlerin, genişlemenin metabolik taleplerini desteklemeye yardımcı olabileceği olasılığını artırıyor. beyin evrim boyunca.
Northwestern Üniversitesi’nden baş yazar ve biyolojik antropoloji profesörü Dr. Katie Amato, “Bu çalışma, mikropların bu bozukluklara nedensel olarak katkıda bulunabileceğine dair daha fazla kanıt sağlıyor; özellikle bağırsak mikrobiyomu, gelişim sırasında beyin fonksiyonunu şekillendiriyor” dedi. basın bülteni.
“Bulgularımıza dayanarak, eğer insan beyni ‘yanlış’ mikropların eylemlerine maruz kalırsa gelişiminin değişeceğini ve bu bozuklukların semptomlarını göreceğimizi, yani erken yaşlarda ‘doğru’ insan mikroplarına maruz kalmazsanız beyninizin farklı çalışacağını ve bunun da bu rahatsızlıkların semptomlarına yol açabileceğini tahmin edebiliriz.”
Çalışma, evrimsel biyolojide primatların büyüyen beyinlerin enerji kısıtlamalarını nasıl aştığı konusunda uzun süredir devam eden bir sorunu ele alıyor. Büyük beyinler, nöronların ateşlenmesini ve sinapsların işleyişini sürdürmek için daha fazla glikoza, daha fazla oksijene ve daha fazla metabolik altyapıya ihtiyaç duyar.
Önceki araştırmalar genetik ve fizyolojik adaptasyonlar Bu talepleri destekleyen, konakçı metabolizmasının ana düzenleyicilerinden biri olan bağırsak mikroplarının potansiyel rolü büyük ölçüde keşfedilmemiş durumda.
Bunu araştırmak için araştırmacılar alışılmadık bir deney tasarladılar. Mikropsuz fareler yetiştirdiler ve beyin büyüklüğünü evrimsel ilişkiden ayırmak için seçilen üç farklı primat türünden (insanlar, makaklar ve sincap maymunları) bağırsak mikrobiyotasını onlara aşıladılar.
İnsanlar ve sincap maymunlarının her ikisi de nispeten büyük beyin uzaktan akraba olmalarına rağmen vücut boyutlarına göre, insanlarla daha yakın akraba olan makakların beyinleri vücut boyutlarına göre daha küçüktür.
Nakledilen mikrobiyomların oluşmasına izin verdikten sonra araştırmacılar, farelerin ön korteksindeki gen ifadesini analiz etti. beyin bölgesi üst düzey biliş ve karar verme sürecine dahil olur.
Buldukları şey şuydu: beyin İnsan ve makak bağırsağı mikropları verilen fareler arasındaki gen ekspresyonu, gerçek insan ve makak beyinleri arasında görülenlere çok benziyordu.
Araştırmacılar, “İnsan ve makak GM’leri aşılanmış fareler arasındaki beyin gen ekspresyonu farklılıkları, insan ve makak beyinlerinde gözlemlenen kalıpları yansıtıyor” diye yazıyor. Bu paralellik, bağırsak mikroplarının beyin biyolojisini türler arasındaki evrimsel farklılıklarla uyumlu olacak şekilde etkileyebileceğini ileri sürüyorlar.
Ekip, üç primat türünün mikrobiyotasının etkilerini karşılaştırdığında, her iki primat türünden de mikropların bulunduğunu buldu. büyük beyinli türler olan insanlar ve sincap maymunları, makaklara kıyasla farelerde daha benzer beyin geni ekspresyon modelleri üretti. Başka bir deyişle, uzaktan akraba olan ancak yüksek oranda ensefalileşmiş primatlardan gelen mikrobiyomlar, beyinde benzer etkiler üzerinde birleşti.
Araştırmacılar etkilerin rastgele olmadığını söylüyor. İnsan bağırsak mikroplarını taşıyan farelerde yukarı regüle edilen genler, oksidatif fosforilasyon ve glikoz metabolizması (hücrelerde enerji üretiminde rol oynayan temel süreçler) ile güçlü bir şekilde ilişkiliydi. Bu yolların, enerji talebinin yüksek ve sabit olduğu beyinde özellikle önemli olduğu biliniyor.
Araştırmacılar ayrıca bu beyin değişikliklerini bağırsak mikrobiyomunun kendisindeki fonksiyonel farklılıklara da bağladılar. Glikozun parçalanması ve glukoneogenezde (karbonhidrat dışı kaynaklardan glikoz üretimi) yer alan mikrobiyal yollar, insan kaynaklı mikrobiyomlarda daha fazla bulunuyordu ve istatistiksel olarak fare beyninde enerjiyle ilgili genlerin artan ekspresyonuyla ilişkiliydi.
Bu bulgular birlikte, mikrobiyal aktivitenin beynin erişebileceği ve kullanabileceği yakıt miktarını etkilediği koordineli bir bağırsak-beyin metabolik eksenini ortaya koyuyor.
Şaşırtıcı bir şekilde, çalışma aynı zamanda insan bağırsak mikroplarının, nörogelişimsel bozukluklarla ilişkili, evrimsel olarak korunmuş bazı genleri aşağı regüle ettiğini de buldu.
Makak mikrobiyotasına sahip farelerde daha yüksek düzeyde eksprese edilen genler, otizm spektrum bozukluğu, dikkat eksikliği hiperaktivite bozukluğu ve şizofreni. Buna karşılık, insan mikrobiyotasına sahip fareler, bu genlerin çoğunun ekspresyonunun azaldığını gösterdi.
Araştırmacılar, bu sonuçların aşırı yorumlanmaması gerektiği konusunda uyarıyor ancak bu modelin, sinaptik sinyalleme ve nörogelişimde rol oynayan genlerin sıklıkla güçlü evrimsel kısıtlama altında olduğunu gösteren önceki bulgularla tutarlı olduğunu belirtiyorlar.
Makalede araştırmacılar, “insan GM’lerinin aynı zamanda otizm gibi nöro-gelişimsel bozukluklarda rol oynayan evrimsel olarak korunmuş genleri de aşağı regüle ettiğini” yazıyor ve mikrobiyomun tipik beyin gelişimi için kritik olan genleri modüle etmedeki potansiyel rolünü vurguluyor.
Araştırmacılar ayrıca beyinde bu metabolik değişikliklerin en çok nerede önemli olabileceğini de incelediler. Oksidatif fosforilasyon gen ekspresyonu haritalarını, insanın evrimi sırasında en çok genişleyen kortikal bölgelerin haritalarıyla karşılaştırarak, önemli bir mekansal örtüşme buldular.
İnsanlarda makaklara göre orantısız şekilde büyüyen bölgeler aynı zamanda enerji üretim genlerinin daha yüksek ifadesine sahip bölgelerdi. Bu uyum, metabolik taleplerin ve beyin genişlemesinin el ele geliştiği ve bağırsak mikrobiyomunun bu hikayenin bir parçası olabileceği fikrini destekliyor.
Daha da önemlisi, çalışma bağırsak mikroplarının sürdüğünü iddia etmiyor beyin kendi başlarına evrim. Araştırmacılar, az sayıda primat türünün dahil edildiğine ve fare modelinin dolaylı doğasına dikkat çekerek, çalışmalarının sınırlamalarını açıkça kabul ediyorlar.
Her ne kadar bunlar küçük bir primat türü örneğine dayanan bulgular olsa da ve ön hazırlık olarak yorumlanmaları gerekse de, GM bileşimindeki tür farklılıklarının beyin metabolizmasını etkileyebileceğini ve GM’nin primat ensefalizasyonunda destekleyici bir rol oynayabileceği olasılığını artırabileceğini öne sürüyorlar” diye yazıyor araştırmacılar.
Genetik değişiklikler, beslenme değişiklikleri, yaşam öyküsü özellikleri ve diğer pek çok faktör şüphesiz primatların beyin evriminde önemli rol oynadı.
Yine de bulgular, evrimin biyolojik sistemlerde nasıl işlediğine dair yeni bir pencere açıyor. Görüntülemek yerine beyin Çalışma, izole bir şekilde evrimleşirken, nesiller boyunca aktarılan ve diyet, ekoloji ve davranışla şekillenen mikrobiyal ortakların, insan soyunun en ayırt edici özelliklerinden birinin oluşmasına yardımcı olabileceği olasılığını vurguluyor.
Gelecekteki çalışmalar bu bulguları doğrulayıp daha fazla türü kapsayacak şekilde genişletirse, sonuçlar geniş kapsamlı olabilir. Bağırsak mikroplarının beyin metabolizmasını nasıl etkilediğini anlamak, yalnızca insanın evrimine değil, aynı zamanda modern beyin sağlığına, nörogelişimsel bozukluklara ve mikrobiyal dostlarımızın kim olduğumuzu şekillendirmeye devam ettiği incelikli yöntemlere de ışık tutabilir.
Şimdilik bu çalışma, evrimin parmak izlerinin kendi hücrelerimizle sınırlı olmadığına dair giderek artan kanıtlara katkıda bulunuyor. Bunlar aynı zamanda derin zamanda bizimle birlikte seyahat eden ve bizi insan olarak tanımlayan beyinleri sessizce beslemeye yardımcı olan trilyonlarca mikropun genomlarında da yazılı olabilir.
Araştırmacılar, “Sonuçlarımız primatlarda ensefalizasyonun fizyolojik bağıntılarının anlaşılmasına değerli bir katkı sağlamasına rağmen” sonucuna varıyor. “Bu bulgular, bağırsak mikrobiyal farklılıklarının, primat ve insan ensefalizasyonuyla ilişkili metabolik ve diğer talepleri desteklemiş olabileceği hipoteziyle tutarlıdır, ancak bu fikri doğrudan test etmek için ek çalışmalara ihtiyaç duyulacaktır.”
Tim McMillan emekli bir kolluk kuvveti yöneticisi, araştırmacı muhabir ve The Debrief’in kurucu ortağıdır. Yazıları genellikle savunma, ulusal güvenlik, İstihbarat Topluluğu ve psikoloji ile ilgili konulara odaklanmaktadır. Tim’i Twitter’da takip edebilirsiniz: @LtTimMcMillan. Tim’e e-posta yoluyla ulaşılabilir: [email protected] veya şifreli e-posta yoluyla: [email protected]
