Примитивные морские животные за миллионы лет превратились в более сложные существа, они сформировали простые нервные системы в виде нервных цепей, окружающих их примитивные кишечники и мало чем отличавшихся от цепей энтеральной нервной системы. Получив от микроорганизмов генетические инструкции, нервные цепи стали производить сигнальные вещества, позволяющие нейронам передавать сообщения друг другу и инструктировать мышечные клетки, заставляя их сокращаться. Эти вещества были предшественниками нейромедиаторов человека.
Удивительно, но эти простые нервные цепи и сигнальные молекулы позволяли примитивным животным миллионы лет назад реагировать на съеденную пищу таким же образом, как это сегодня делает пищеварительный тракт. Поглощая пищу, эти существа совершали стереотипные движения, подобные движениям желудочно-кишечного тракта человека, — так развивались рефлексы продвижения пищи из пищевода через желудок в верхний отдел кишечника, выталкивая из него нежелательное содержимое. Когда примитивные животные поглощали с пищей токсины, они могли изгнать их через один или оба конца желудочно-кишечного тракта, что эквивалентно рвоте и диарее у человека при пищевом отравлении. Первые морские животные также имели клетки, которые выделяли определенные вещества, запускавшие пищеварительный рефлекс. Возможно, эти секреторные клетки были предками энтероэндокринных клеток — специализированных клеток в пищеварительном тракте человека, которые производят большую часть серотонина и гастроинтестинальных гормонов, заставляющих нас чувствовать себя голодными или сытыми.
Новый симбиоз крошечных морских существ и их микроорганизмов-резидентов дал много преимуществ тем и другим. Животные обрели способность переваривать определенные продукты и получать витамины, которые они не могли синтезировать сами, а также избегать токсинов или удалять их и реагировать на другие опасности в окружающей среде. Микроорганизмы, обитавшие в пищеварительных системах этих животных, получали удобную среду, в которой они могли процветать, и возможность перемещаться из одного места в другое. такую совокупность микроорганизмов можно рассматривать как первую версию микробиоты в пищеварительном тракте человека.
Симбиотические отношения между микроорганизмами ЖКТ и их хозяевами оказались настолько выгодными для обоих партнеров, что они законсервировались практически у каждого многоклеточного животного, обитающего сейчас на Земле, — от муравьев, термитов и пчел до коров, слонов и людей. Тот факт, что основные пищеварительные виды деятельности сохранялись на протяжении сотен миллионов лет, свидетельствует о замечательном эволюционном интеллекте, который был запрограммирован в нашем пищеварительном тракте и энтеральной нервной системе. Теперь становится понятным, почему взаимосвязь между микроорганизмами, ЖКТ и головным мозгом у человека является такой сложной.
По мере того как появлялись все более сложные виды животных, первые примитивные нервные системы превращались во все более сложную сеть нейронов за пределами пищеварительной системы. Эта сеть была отделена от энтеральной нервной системы (хотя и осталась по-прежнему тесно связанной с ней) и сохранила большинство сигнальных механизмов. В конце концов сложная новая нейронная сеть превратилась в центральную нервную систему со штаб-квартирой в черепной коробке.
Постепенно центральная нервная система взяла на себя управление видами поведения, имеющими отношение к внешнему миру, которыми первоначально занималась исключительно энтеральная нервная система, в том числе способностью приближаться к другим животным или избегать их в зависимости от обстоятельств. Эти функции в конечном счете были переданы участкам головного мозга, регулирующим эмоции, в то время как контроль выполнения основных пищеварительных функций остался за энтеральной нервной системой. Такое же разделение обязанностей остается при взаимодействии между головным мозгом и ЖКТ человека.
С тех пор как горстка микроорганизмов впервые вступила в контакт с примитивным кишечником простого морского животного, прошли сотни миллионов лет. Долгий эволюционный путь, который человек с тех пор проделал, помогает объяснить, почему в наши дни ЖКТ, включая его энтеральную нервную систему и микробиоту, продолжает сильно влиять на эмоции и общее самочувствие человека.
Древний договор остается в силе
А теперь задумаемся о чудесных свойствах кишечной микробиоты. Эта совокупность примерно тысячи видов микроорганизмов насчитывает в 1000 раз больше клеток, чем наш головной и спинной мозг вместе взятые, и в 10 раз больше, чем имеется собственно человеческих клеток во всем теле. Кишечная микробиота весит примерно столько же, сколько печень, и больше, чем головной мозг или сердце. Это заставило некоторых специалистов считать микробиоту кишечника новым, недавно обнаруженным органом, по сложности не уступающим головному мозгу.
Подавляющее большинство кишечных микроорганизмов не только безвредны, но и полезны для здоровья и самочувствия. Ученые называют такие микроорганизмы симбионтами или комменсалами. Симбионты получают питательные вещества от своих хозяев, а в обмен помогают поддерживать сбалансированный биохимический фон пищеварительного тракта и защищать от нарушителей, пытающихся в него проникнуть.
Есть в нашем пищеварительном тракте и небольшое количество потенциально вредных микроорганизмов, называемых патобионтами. При определенных условиях эти микроорганизмы могут повернуть свое оружие против нас, им нельзя доверять. У патобионтов имеются молекулярные инструменты, которыми они пользуются, как артиллерией, для атаки на оболочку пищеварительного тракта, вызывая ее воспаление или появление язв. Такое предательское поведение может быть вызвано изменениями в рационе питания, приемом антибиотиков или сильным стрессом, в результате чего происходит аномальное накопление некоторых популяций бактерий или их повышенная вирулентность, из-за чего бывшие симбионты превращаются в патобионтов.
Однако микроорганизмы пищеварительного тракта человека редко прибегают к такой агрессивной тактике. Как правило, они живут в гармонии с нами и решают собственные задачи, к которым относятся пищеварение, рост и размножение. Иммунная система человека также не направляет свое грозное оружие против микробиоты кишечника. Объясняется это просто: расходы на ведение военных действий для обеих сторон значительно перевешивают выгоды от них. Вместо этого стороны предоставляют друг другу услуги. Этот древний договор, имеющий обязательную силу, одновременно становится пактом о ненападении и торговым соглашением, обеспечивая существенные выгоды для участников.
Симбиоз микроорганизмов и их хозяев, сформировавшийся в простейшей форме миллионы лет назад, продолжает осуществляться в организме человека и сегодня. Микроорганизмы оказываются в выигрыше благодаря возможности наслаждаться выгодами жизни в пищеварительном тракте, где они всегда получают пищу, обитают в условиях умеренной температуры и имеют возможность неограниченного передвижения. Они также выигрывают и от бесплатного подключения к трафику нашего «внутреннего интернета» — постоянному потоку информации, передаваемой с помощью гормонов, гастроинтестинальных пептидов, нервных импульсов и других химических сигналов. Эта информация позволяет им следить за эмоциональными состояниями, уровнями стресса, знать, спит человек или бодрствует, а также о том, какие условия окружающей среды воздействуют на него в каждый момент времени. Доступ к этой информации помогает микроорганизмам наладить производство метаболитов не только для обеспечения оптимальных условий жизни для себя, но и для продолжения гармонического сосуществования в пищеварительном тракте.
