Vi khuẩn đường ruột có thể đã giúp tổ tiên loài người phát triển bộ não lớn hơn

Dược Phẩm Mộc Lâm dịch bài viết từ Đại học Northwestern đăng trên News Medical 03 tháng 12 năm 2024.

Mô não là một trong những mô tiêu tốn nhiều năng lượng nhất trong cơ thể, và do đó, các loài động vật có vú có não lớn hơn cần nhiều năng lượng hơn để hỗ trợ sự phát triển và duy trì não. Những thay đổi sinh học nào cho phép tổ tiên loài người đáp ứng nhu cầu năng lượng rất cao khi họ tiến hóa thành bộ não lớn hơn vẫn chưa rõ ràng. Một nghiên cứu mới của Đại học Northwestern chỉ ra vai trò của vi khuẩn đường ruột, những sinh vật sống nhỏ bé trong hệ tiêu hóa của chúng ta giúp phân hủy thức ăn và tạo ra năng lượng.

Trong một thí nghiệm được kiểm soát trong phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã cấy vi khuẩn từ hai loài linh trưởng có não lớn (người và khỉ sóc) và một loài linh trưởng có não nhỏ (khỉ) vào chuột.

Phát hiện của họ cho thấy những con chuột có vi khuẩn từ loài linh trưởng não lớn sản xuất và sử dụng nhiều năng lượng hơn, trong khi những con chuột có vi khuẩn từ loài não nhỏ lưu trữ nhiều năng lượng hơn dưới dạng chất béo.

Đây là dữ liệu đầu tiên cho thấy vi khuẩn đường ruột từ các loài động vật khác nhau có thể định hình sự khác biệt về mặt sinh học giữa các loài động vật và hỗ trợ cho giả thuyết rằng vi khuẩn đường ruột có thể ảnh hưởng đến quá trình tiến hóa bằng cách thay đổi cách thức hoạt động của cơ thể động vật.

Nghiên cứu này đưa ra góc nhìn mới về quá trình tiến hóa của con người, đặc biệt là quá trình tiến hóa của bộ não lớn.

Những phát hiện này được công bố trên tạp chí Microbial Genomics vào ngày 2 tháng 12 lúc 10 giờ tối theo giờ CST.

Các nghiên cứu trước đây đã so sánh ảnh hưởng của gen và môi trường lên các loài linh trưởng có não lớn hơn và não nhỏ hơn. Tuy nhiên, có rất ít nghiên cứu so sánh cách các loài linh trưởng khác nhau sử dụng năng lượng. Thậm chí còn ít thông tin hơn về cách quá trình trao đổi chất phát triển ở các loài linh trưởng khác nhau.

Amato cho biết: “Sự thay đổi trong hệ vi khuẩn đường ruột là một cơ chế chưa được khám phá trong đó quá trình trao đổi chất của loài linh trưởng có thể tạo điều kiện cho các nhu cầu năng lượng khác nhau của não”.

Sau khi đưa vi khuẩn đường ruột vào những con chuột không có vi khuẩn, các nhà nghiên cứu đã đo lường những thay đổi về sinh lý của chuột theo thời gian, bao gồm tăng cân, tỷ lệ mỡ, lượng đường trong máu lúc đói, chức năng gan và các đặc điểm khác. Họ cũng đo lường sự khác biệt về các loại vi khuẩn và các hợp chất mà chúng tạo ra ở mỗi nhóm chuột.

Các nhà nghiên cứu mong đợi tìm thấy vi khuẩn từ các loài linh trưởng khác nhau sẽ dẫn đến sự khác biệt về mặt sinh học của những con chuột được tiêm chủng. Họ cũng mong đợi những con chuột có vi khuẩn của con người có sự khác biệt lớn nhất về mặt sinh học so với những con chuột có vi khuẩn từ hai loài khác.

Amato cho biết: “Mặc dù chúng tôi thấy rằng những con chuột được tiêm chủng cho người có một số điểm khác biệt, nhưng mô hình rõ ràng nhất là sự khác biệt giữa các loài linh trưởng có não lớn (người và khỉ sóc) và các loài linh trưởng có não nhỏ hơn (khỉ)”.

Những con chuột được cho vi khuẩn từ người và khỉ sóc có đặc điểm sinh học tương tự nhau, mặc dù hai loài linh trưởng có não lớn hơn này không phải là họ hàng tiến hóa gần của nhau. Điều này cho thấy điều gì đó khác ngoài tổ tiên chung -; có khả năng đặc điểm chung của chúng là não lớn đang thúc đẩy những điểm tương đồng về mặt sinh học được thấy ở những con chuột được tiêm vi khuẩn của chúng.

Amato cho biết: “Những phát hiện này cho thấy khi con người và khỉ sóc đều tiến hóa riêng rẽ để có bộ não lớn hơn, quần thể vi khuẩn của chúng cũng thay đổi theo những cách tương tự nhau để giúp cung cấp năng lượng cần thiết”.

Trong các nghiên cứu trong tương lai, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ tiến hành thí nghiệm với các vi khuẩn từ các loài linh trưởng khác có kích thước não khác nhau. Họ cũng muốn thu thập thêm thông tin về các loại hợp chất mà vi khuẩn sản xuất và thu thập thêm dữ liệu về các đặc điểm sinh học của vật chủ như chức năng miễn dịch và hành vi.