Поведенческие черты передаются через генетику животного, но новое исследование показывает, что микробиом тоже может способствовать их формированию, давая новое представление об эволюции животных.
Животные и их микробиомы эволюционировали параллельно друг с другом на протяжении миллионов лет. Но когда природа селекционирует определенные черты животных, трудно отделить роль изменения микробиома от изменений в генетике хозяина. Исследователи из Института биологии имени Макса Планка (Германия) обнаружили, что изменение микробиома мыши, а не генетики животного, может привести к изменению поведения всего за четыре поколения. Эти результаты показывают, что черты могут передаваться не только через гены животного, но и через его микробиом, что может помочь животным быстро адаптироваться к новой среде обитания. Выводы, опубликованные в журнале Nature Communications, могут повлиять на то, как ученые изучают эволюцию животных.
Чтобы выявить роль микробиома кишечника на поведение, исследователи сохраняли геном хозяина неизменным, позволяя при этом меняться микробиому. «Это односторонний эксперимент по отбору», - рассказала один из соавторов исследования микробный эколог Рут Лей. «Раньше такое никогда не проводилось на млекопитающих». Для проведения этого эксперимента исследователям понадобились три вещи: генетически идентичные мыши, которых они селекционировали в каждом поколении, признак, который нужно проследить, и микробиом мышей с желаемым признаком. Сначала авторы изучили вариации 16 физических и поведенческих признаков в группе мышей, чтобы выбрать признак, который был бы достаточно изменчив, чтобы можно было проследить его изменения с течением времени. Они остановились на способности мышей перемещаться в пространстве. Перенос микробиома от «самой ленивой мыши» в безмикробных мышей привел к тому, что мыши стали меньше двигаться по сравнению с контрольными мышами, получившими микробиом донора в случайном порядке. Затем исследователи взяли микробиом наименее активной мыши из этого поколения и перенесли его в беззмикробных мышей, генетически идентичных тем, которые были использованы в предыдущем поколении для еще одного раунда отбора.
"Одним из удивительных моментов было то, как быстро наступил эффект, - рассказывает Лей. После четырех раундов отбора у мышей, получивших «медленный» микробиом, к концу эксперимента наблюдалось снижение локомоторной активности. Изучая микробиом кишечника этих мышей, исследователи отметили обогащение бактериями Lactobacillus и их метаболитом, индолемоловой кислотой. Если передать другим мышам эти бактерии или метаболит, то у них снизится двигательная активность. «Взять характеристику и перенести ее на другое животное, просто передав микробиом... это действительно замечательно», - отметил Кевин Коль, эколог из Питтсбургского университета, который не принимал участия в исследовании.
По мнению Коля, на трансляционном уровне есть «действительно захватывающие возможности» для применения этих результатов в сфере ветеринарии и сельского хозяйства. Ученые уже проводили подобные эксперименты по односторонней селекции растений и обнаружили, что почвенные микробиомы могут передавать растениям такие признаки, как увеличение биомассы или устойчивость к засухе.
«Если они действительно стабильно передаются из поколения в поколение, я думаю, что это будет иметь огромное значение, скажем, для адаптации животных к изменению климата или быстрым изменениям окружающей среды, потому что вам не придется ждать эволюции генома хозяина»,
- считает соавтор исследования, эволюционный биолог Тайчи Судзуки. Это обусловлено тем, что микробы могут быть мгновенно получены из окружающей среды и эволюционируют быстрее, чем геномы животных. Ранее группа Лей обнаружила, что микробы передаются из поколения в поколение в семьях, где эволюционная траектория микробиома кишечника повторяет эволюционную траекторию человека. Если микробы, передающиеся из поколения в поколение, могут передавать селективные признаки, то «по сути, микробы действуют как гены, что, на мой взгляд, просто ошеломляет», - говорит Лей.
