Жители городов почти разучились переваривать растения

Целлюлоза — это главный компонент клеточных стенок растений. Неудивительно, что она самый распространенный естественный полимер на планете. Именно благодаря целлюлозе, к примеру, дерево твердое, а хлопок мягкий. Если же говорить о человечестве, важность этого вещества для нас просто неоценима.


Выражаясь простым языком, целлюлоза — это множество связанных между собой молекул сахара. Она питательна, но имеет большую жесткость, которая крайне затрудняет употребление ее в пищу. Поэтому животные, которые научились получать из целлюлозы большое количество калорий, имеют особые пищеварительные системы, где обитают мириады симбиотических бактерий. Именно эти микроорганизмы расщепляют целлюлозу до усвояемого состояния.

До 2003 года ученые даже не догадывались, что бактерии, перерабатывающие целлюлозы, живут и в человеческих кишечниках. Это выяснилось в результате большого исследования, в ходе которого сравнивались между собой микрофлоры кишечников людей и жвачных животных.

Генетики выделили ДНК бактерий и стали сравнивать с геномами микроорганизмом, про которых точно известно, что они способны переваривать целлюлозу. Как потом говорили исследователи, сделать это было достаточно несложно. Переработчики целлюлозы, как правило, имеют большие белковые каркасы, которые нужны для того, чтобы помочь специальным пищеварительным ферментам консолидироваться в группы.

В итоге в наших кишечниках нашлось 22 генома целлюлозоперерабатывающих бактерий, унаследованных от предков-приматов. Также внутри нас обитают как минимум 25 микроорганизмов, которые мы получили, когда одомашнили травоядных животных, таких, как коровы. Эволюционный анализ показал, что у людей было четыре отдельные вида микроорганизмов, переваривающих целлюлозу.

Дополнительно исследователи взяли образцы у человекообразных обезьян (горилл, шимпанзе, макак и павианов), а также, извините за подробности, изучили образцы продуктов человеческой жизнедеятельности, оставленные более 1000 лет назад. Всего биологи исследовали примерно 2000 образцов. Выяснилось, что часть микроорганизмов чисто человеческая, некоторые виды схожи с приматами, но полностью отсутствуют у жвачных животных.

Самое интересное, что концентрация этих видов бактерий менялась вместе с тем, как трансформировался рацион человека. У человекообразных приматов количество штаммов данных микроорганизмов колеблется в диапазоне от 30 до 40 %. Примерно столько же их было у людей, которые жили тысячелетие назад. У современных людей, которые проживают в сельской местности, концентрация бактерий, перерабатывающих целлюлозу, доходит до 20 %, а вот у жителей городов в промышленно развитых странах данный показатель составил менее 5 %.

В целом, чем больше клетчатки имелось в рационе людей, тем разнообразнее были бактерии, которые перерабатывали целлюлозу. И чем больше людей переходило к городскому образу жизни, тем больше сокращалось число штаммов микроорганизмов, обитающих в человеческих кишечниках.

Также выяснилось, что хотя у нас и у приматов есть общие виды бактерий, но присутствуют и уникальные особенности. К примеру, штаммы обнаруженные в кишечниках приматов, имеют гены, отвечающие за повышенную переработку хитина. Это другой полимер, который является главным компонентом для экзоскелетов насекомых. У людей же свои специфические штаммы. Они вырабатывают ферменты, способные максимально эффективно расщеплять и переваривать клеточные стенки таких растений, как рис, пшеница и кукуруза.

Анализ данных метаболических генов показал, что данные штаммы изначально появились в кишечниках жвачных животных, а затем в ходе доместикации перешли к людям. Таким образом, можно сказать, что процесс горизонтального переноса генов между видами — это, скорее всего, ключевой метод, с помощью которого бактерии — расщепители целлюлозы адаптируются к новым хозяевам.

Конечно, наши кишечники не заточены на полное переваривание целлюлозы, но некоторая часть этого вещества нашим организмом все-таки усваивается. Сколько именно, этот процент, во многом, зависит прежде всего от рациона нашего питания.

Здесь следует кое-что уточнить. Бактерии переваривают целлюлозу исключительно для своего дальнейшего размножения. Но ферменты, которые используются для переваривания, микроорганизмы вынужден выбрасывать наружу, так полимеры не передаются внутри клеток бактерий. Таким образом, часть продуктов пищеварения микроорганизмов в конечном итоге поглощается нашей пищеварительной системой.

Интересный факт: диеты с высоким содержанием клетчатки считаются одними из самых эффективных. Это связано с тем, что кишечные бактерии, питающиеся целлюлозой, взамен выделяют большое количество полезных для нас химических веществ. А они, в свою очередь могут внести весомый, а порой и решающий вклад в наше здоровье.