Память шмелей зависит от структуры кишечного микробиома

Кишечные микроорганизмы влияют на работу головного мозга. Они участвуют в регуляции уровней нейротрансмиттеров, синаптической пластичности и нейрогенеза. Однако вклад кишечной микробиоты в обучение и память животных в природных популяциях до сих пор был неясен.

Авторы новой работы в качестве объекта изучения выбрали шмелей, так как их когнитивные способности варьируют между особями, а количество кишечных микроорганизмов сравнительно невелико. Благодаря этому можно проследить влияние конкретных видов бактерий на индивидуальные навыки.

Чтобы определить память и обучаемость шмелей, ученые сделали разноцветные искусственные цветы: пять содержали сладкий раствор сахарозы, другие пять — горький раствор хинина. Оценивалось время, за которое шмели учатся отличать цвета, связанные со сладким вознаграждением, и их способность помнить эту информацию в течение трех дней. В эксперименте участвовало 29 земляных шмелей Bombus terrestris.

После обучения и проверки памяти исследователи провели метагеномный анализ кишечной микробиоты шмелей, используя образцы задней кишки. Они обнаружили корреляцию между памятью и присутствием кластера бактерий Lactobacillus Firm-5. Чтобы определить, вызывает ли именно Lactobacillus наблюдаемые различия в памяти или это естественные вариации в способностях, ученые провели дополнительный эксперимент на двух независимых группах шмелей, которым давали бактерию L. apis (представитель кластера Firm-5) с раствором сахарозы. Контрольные группы не получали бактерию. Шмели с микробиомом, обогащенным L. apis, лучше выполняли задания на проверку памяти.

Метаболомный анализ показал, что большее количество L. apis в кишечнике приводит к увеличению содержания глицерофосфолипидов в гемолимфе. Дальнейшие эксперименты выявили, что добавление глицерофосфолипида (лизофосфатидной кислоты) к раствору сахарозы, которым кормили шмелей, существенно улучшают их долговременную память. Это означает, что L. apis улучшает когнитивные способности за счет воздействия на метаболизм глицерофосфолипидов.

По мнению авторов, после дополнительных исследований результаты работы могут быть применены как к шмелям, так и к людям. «Наши данные дополняют доказательства важной роли взаимодействия кишечника и мозга у животных и дают представление о причинах когнитивных различий в естественных популяциях шмелей», — говорит один из авторов работы Ларс Хиттка, профессор Лондонского университета королевы Марии.