Некоторые кишечные бактерии развивались параллельно с обезьянами, так что их семейное древо прекрасно отражает наше собственное.
Около 10 миллионов лет назад популяция африканских обезьян разделилась на две группы. Одна в итоге превратилась в горилл. Вторая разделилась снова на ветвь, приведшую к людям, а другая – на ветвь шимпанзе и бонобо. Это история нашего недавнего эволюционного прошлого. Это также история некоторых микробов в наших кишках.
В нас живут десятки триллионов бактерий и других микробов — как минимум по одной на каждую человеческую клетку. Некоторые из этих микробиом — приобретённые, которые мы вбираем из пищи и окружения. Но другие — наши гораздо более древние спутники.
Эндрю Мюллер из Калифорнийского университета в Беркли, обнаружил, что есть несколько групп кишечных бактерий человека, чья история длиннее, чем история человечества. Их предки жили в кишках человекообразных обезьян, а когда эти древние животные превратились в современные виды, микробы развились вместе с ними. Говоря научным языком, происходило совместное видообразование. Если вы рассмотрите их семейное древо, вы легко обнаружите в нём наши бактерии; вы могли бы реконструировать эволюцию приматов просто путем сравнения соответствующих бактерий в их кишечнике.
«Некоторые из бактерий в нашем кишечнике происходят от очень древних родословных, которые передавались через приматов в течение миллионов лет,» говорит Мюллер. «Они похожи на наши гены в этом смысле».
Совместное видообразование между животными и микробами является довольно распространенным явлением. Тля, это кровососущее проклятие огородников, является носителем бактерии под названием Buchnera, которая обеспечивает насекомых необходимыми питательными веществами, отсутствующими в их рационе. Их союз возник в промежутке между 200 и 250 миллионами лет назад, когда динозавры только появлялись на планете, и их судьбы с тех пор переплетены. Родословные тлей и штаммов Buchnera также прекрасно подходят для сравнения.
Хотя их союз, вообще-то, является особенным случаем. Buchnera живет внутри клеток хозяина, и нигде более. Он также строго передается от матери к потомству с помощью яйцеклеток. В таких условиях совместное видообразование — практически предрешённый результат. Наши кишечные бактерии не имеют подобных ограничений. Они свободно живут в экосистеме пищеварительной системы, и могут перемещаться как по вертикали от родителя к ребенку, так и по горизонтали — от носителя к носителю. Их с нашим совместное видообразование — гораздо менее очевидно.
В 2010 году Говард Охман обнаружил первые указания на то, что подобное совместное видеообразование — возможно. Он был первым, кто продемонстрировал, что семейное древо, составленное с использованием микробиом обезьян отражает древо из их ДНК. Так, например, микробиомы трех подвидов шимпанзе более подобны по отношению друг другу, чем к микробионам бонобо, и более похожи на микробиомы бонобо чем на человеческие.
Но Охман просто рассматривал микробиомы в целом. Мюллер, в то время его аспирант, решил разыскать конкретные виды и штаммы бактерий, чьи родословные соответствуют нашим собственным микроорганизмам. Мюллер надеялся обнаружить искомое в крупном хранилище образцов кала, который включал в себя фекалии диких обезьян из Камеруна, Танзании и Демократической Республики Конго, а также диких людей, живших в штате Коннектикут. Он нашел много примеров совместного видообразования в течение двух семейств бактерий, которые являются общими в наших кишках — у Bacteroidaceae (“BACK-tuh-roy-DAY-see-ay”) и Bifidobacteriaceae (“BIH-fih-doh-BACK-tee-ree-AY-see-ay”). Некоторые из этих взаимодействующих микробов, вроде Bacteroides vulgatus, были знакомы исследователям; другие до недавнего времени оставались тайной, и даже не имели названия.
Но это не означает того, что все микробиомы, или даже большинство их них видообразовывались столь аккуратно. «Есть некоторые бактерии, чья родословная прослеживается прекрасно, а касаемо других непонятно даже к какой ветви они принадлежат — они просто прыгают туда-сюда» говорит Мюллер. К примеру, одна родословная перемещалась от шимпанзе к гориллам, а другая недавно переместилась от человека к шимпанзе.
Одно из таких семейств — Lachnospiraceae (“LACK-no-spih-RAY-see-ay”) — особенно склонно к подобным скачкам, возможно потому, что они могут образовывать выносливые споры, которые позволяют им выживать вне кишечника. Многие кишечные бактерии также могут образовывать споры, что означает, что эти горизонтальные скачки могут быть скорее правилом, чем исключением.
«Почему эти микробы исчезают? … Имеет ли значение их отсутствие?»
Нем не менее, эта работа «демонстрирует ясный потенциал для изучения соэволюции между людьми и их кишечными микробиомами» говорит Бритт Коскелла, биолог, изучающий эволюцию в Университете Калифорнии, Беркли, которая не принимала участие в исследовании. «Это также поднимает интересные вопросы о том, как современное человеческое поведение, такое как стремление к чистоте и изменению в рационе питания, может влиять на подобные тесные ассоциации и вести к росту проблем со здоровьем».
Она говорит о гипотезе, ранее популяризованной Мартином Блейзером, которая гласит, что мы непреднамеренно пытаемся избавиться от давнишних бактериальных партнеров нашего тела. Мюллер, конечно, нашел некоторые доказательства этого. Он продемонстрировал, что некоторые древа совместно-видообразованных бактерий сейчас живут в гориллах, шимпанзе и бонобо, но отсутствуют у зверей, живущих на западе (хотя некоторые из них до сих пор обитают в людях, живущих в сельской местности африканской страны Малави).
Это поднимает два важных вопроса. Во-первых, почему эти микробы исчезают? Блейзер и другие винят в этом атрибуты современной жизни людей, в том числе бессмысленное использование антибиотиков и одержимость санитарией. Подобная точка зрения имеет право на существование, но в предыдущем исследовании Мюллер показал, что разнообразие микробиом человеческого кишечника падало в течение очень долгого времени: оно ниже среди человеческих охотников-собирателей, чем у шимпанзе или горилл, и еще ниже у западных городских жителей. «Я думаю, что подобный процесс, вероятно, начался, когда люди начали готовить пищу» говорит он. «Вы сразу же будете терять некоторую способность содержать сложный консорциум бактерий, потому что более не нуждаетесь в них».
Это подводит нас ко второму вопросу: «приносят ли эти потерянные группы микробов важную пользу для шимпанзе и бонобо, которую мы не получаем?» задаётся вопросом Мюллер. Некоторые считают, что эти микробы должны делать что-то важное, учитывая их долгую историю совместного с нами сосуществования. Может быть, они помогали переваривать пищу или калибровать нашу иммунную систему, и, возможно, их отсутствие частично объясняет, почему воспалительные и аутоиммунные заболевания находятся сейчас на подъеме.
Это убедительным идея, но спекулятивная. Мы до сих пор не знаем, как эти древние микробы влияют на нас, или наоборот, мы влияем на них. По словам Кэтрин Амато из Северо-Западного университета, нельзя строго утверждать, что мы развиваемся совместно с ними. «Имеют ли эти паттерны совместного видообразования значение для нас в грандиозной схеме естественного отбора?» задаётся она вопросом. «Ведёт ли неправильный набор бактерий к меньшей репродуктивности?» — у Джессики Меткэф из Университета Колорадо в Боулдере похожие вопросы. «Что делают бактерии, которые не имеют ничего общего со своими хозяевами?» — спрашивает она. «И являются ли свои бактерии более важными для хозяев, чем те, которые были приобретены через окружающую среду?»
«Когда мы действительно сможем ответить на эти вопросы, тогда нам откроются удивительные вещи» — говорит Амато. Чтобы сделать это, считает она, исследователи должны будут рассмотреть геномы в целом, чтобы увидеть, как изменения в микробах коррелируют с новыми свойствами или способностями их хозяев. Они также в своих работах должны будут выйти за пределы видов человекоподобных обезьян и рассмотреть лемуров и других приматов. «Поиск взаимосвязи среди всего четырех видов существ может чрезмерно упрощать аспекты этой истории» говорит она.
Оригинал: Theatlantic
