Bağırsak mikroplarının metabolik enerji üretimini desteklemesi, büyük beyinlerin evriminde kritik bir rol oynayabilir.
- Farklı hayvan türlerinden gelen bağırsak mikroplarının biyolojik çeşitliliği şekillendirdiğini gösteren ilk çalışma.
- İnsan evrimine, özellikle büyük beyinlerin gelişimine dair yeni bilgiler sunuyor.
- Büyük beyinli primatların bağırsak mikroplarını alan fareler, daha fazla yemek yedi ancak daha yavaş büyüdü ve daha az vücut yağı depoladı.
- Bu farelerdeki fazla enerji, beynin ana yakıtı olan yüksek seviyelerde glikoz üretmek için kullanıldı.
Beyin Enerji İhtiyacı ve Mikrobiyal Etki
Beyin dokusu, vücuttaki en fazla enerji tüketen dokulardan biridir ve bu nedenle büyük beyinli memelilerin beyin büyümesini ve bakımını desteklemek için daha fazla enerjiye ihtiyacı vardır. İnsan atalarının, büyük beyinlerin yüksek enerji ihtiyaçlarını karşılamak için hangi biyolojik değişiklikleri gerçekleştirdiği belirsizdi. Northwestern Üniversitesi’nde yapılan yeni bir çalışma, bu noktada bağırsak mikroplarının rolüne işaret ediyor. Bağırsaklarımızda yaşayan ve besinleri parçalayarak enerji üreten küçük canlılar, beyin evriminde etkili olabilir.
Kontrollü bir laboratuvar deneyinde, araştırmacılar iki büyük beyinli primat türü (insan ve sincap maymunu) ve bir küçük beyinli primat türü (makak) mikroplarını farelere aktardı. Sonuçlar, büyük beyinli primat türlerinden gelen mikroplara sahip farelerin daha fazla enerji ürettiğini ve kullandığını, küçük beyinli primat türünden gelen mikroplara sahip farelerin ise enerjiyi yağ olarak depoladığını gösterdi.
Evrimi Anlamada Geniş Etki
Bu çalışma, farklı hayvan türlerinden gelen bağırsak mikroplarının biyolojik çeşitliliği şekillendirdiğini gösteren ilk verileri sunuyor ve bağırsak mikroplarının, bir hayvanın vücudunun nasıl çalıştığını değiştirerek evrimi etkileyebileceği hipotezini destekliyor. Araştırma, insan evrimine, özellikle büyük beyinlerin evrimine yeni bir bakış açısı kazandırıyor.
Bulgular, (2 Aralık) Microbial Genomics dergisinde yayımlandı.
Primat Enerji Kullanımı ve Metabolik Gelişim Karşılaştırması
Daha önceki çalışmalar, daha büyük ve daha küçük beyinli primatlarda genlerin ve çevrenin etkilerini karşılaştırmıştır. Ancak, farklı primatların enerjiyi nasıl kullandığını karşılaştıran çok az çalışma vardır. Farklı primat türlerinde metabolizmanın nasıl geliştiğine dair bilgi ise daha da sınırlıdır.
Northwestern Üniversitesi antropoloji doçenti ve çalışmanın baş yazarı Katherine Amato, “Büyük bağırsakta yaşayan mikrop topluluklarının, insan biyolojisinin çeşitli yönlerini etkileyebilecek bileşikler üretebileceğini biliyoruz — örneğin, metabolizmada değişikliklere yol açarak insülin direnci ve kilo alımına neden olabilirler,” dedi. Amato, bağırsak mikrobiyotasındaki çeşitliliğin, primat metabolizmasının farklı beyin enerjisi gereksinimlerini karşılamasını sağlayabilecek keşfedilmemiş bir mekanizma olduğunu belirtti.
Araştırmacılar, bağırsak mikroplarını mikroptan arındırılmış farelere aktardıktan sonra, zaman içinde farelerin fizyolojisindeki değişiklikleri ölçtüler. Buna kilo alımı, yağ yüzdesi, açlık glikozu, karaciğer fonksiyonu ve diğer özellikler dahil. Ayrıca, her fare grubunda üretilen mikrop türlerini ve bileşiklerini de ölçtüler.
Gözlemlenen Kalıplar ve Sonuçlar
Araştırmacılar, farklı primatlardan gelen mikropların, farelerin biyolojisinde farklılıklara yol açacağını bekliyordu. İnsan mikroplarını alan farelerin, diğer iki türden mikrop alan farelerden biyolojik olarak daha fazla farklılık göstermesini bekliyorlardı. Amato, “İnsan mikroplarını alan farelerde bazı farklılıklar gördük, ancak en güçlü kalıp, büyük beyinli primatlar (insanlar ve sincap maymunları) ile küçük beyinli primatlar (makaklar) arasındaki farktı,” dedi.
İnsan ve sincap maymunlarından mikrop alan farelerin biyolojisi benzerdir, bu iki büyük beyinli primat türü yakın evrimsel akraba olmasalar da. Bu durum, ortak atadan ziyade, büyük beyinlere sahip olma özelliklerinin, bu mikropları alan farelerde görülen biyolojik benzerlikleri sürdürdüğünü göstermektedir.
Amato, “Bu bulgular, hem insanların hem de sincap maymunlarının ayrı ayrı daha büyük beyinler evrimleştirdiğinde, mikrobiyal topluluklarının benzer şekilde değiştiğini ve gerekli enerjiyi sağlamak için evrim geçirdiğini öne sürüyor,” dedi.
Gelecek çalışmalarda, araştırmacılar daha farklı beyin boyutlarına sahip ek primat türlerinden mikrop kullanarak deneyler yapmak istiyor. Ayrıca, mikropların ürettiği bileşiklerin türleri hakkında daha fazla bilgi toplamak ve konakçıların biyolojik özellikleri hakkında daha fazla veri toplamak istiyorlar; örneğin, bağışıklık fonksiyonu ve davranış gibi.
Kaynak ve İleri Okuma: “The primate gut microbiota contributes to interspecific differences in host metabolism” 2 December 2024, Microbial Genomics.
DOI: 10.1099/mgen.0.001322