Вы, наверное, слышали о таблетках от какашек, новейшем способе проникновения полезных бактерий в кишечник. Но похоже, что 46 миллионов лет назад группа муравьев была первопроходцами в производстве таблеток для кормления.
Новое совместное исследование, опубликованное в Nature Communications, показало, что муравьи-черепахи (Cephalotes) способны дополнять свой рацион с низким содержанием азота, передавая полезные бактерии от старых муравьев к более молодым через анальные выделения. Как только это будет сделано, уже внутренне усвоенные микробы (крошечные бактерии) естественным образом вырабатывают азот, необходимый муравьям-черепахам для выживания.
"Муравьи-черепахи едят много пищи, которая трудно переваривается и содержит мало необходимых питательных веществ в доступной форме", - сказал Джейкоб Рассел, доктор философии, доцент Колледжа искусств и наук Дрексельского университета и старший автор статьи.. «Тот факт, что они могут существовать на такой диете и отошли от агрессивной конкуренции за более оптимальные пищевые ресурсы с другими муравьями, почти наверняка является результатом их инвестиций в симбиозы с кишечными бактериями».
Это межучрежденческое международное исследование, проведенное исследователями из Дрекселя, Калифорнийского университета в Сан-Диего, Пенсильванского университета, Гарвардского университета, Университета Рокфеллера, Колледжа Кальвина и Полевого музея естественной истории. под руководством Йи Ху, доктора философии, заканчивающего постдок в Drexel, и Джона Сандерса, доктора философии, постдока в Калифорнийском университете в Сан-Диего.
Исследование было вдохновлено работой, которую Рассел проделал с Кэрри Моро, доктором философии, и Наоми Пирс, доктором философии, в лаборатории Пирса более десяти лет назад, когда они обнаружили, что многие муравьи с некачественной диетой питаются специализированными бактериальными симбионтами - вероятно, чтобы дополнить свой рацион.
Оказалось, что муравьи-черепахи были отличным примером этого. В то время как многие муравьи нападают на других животных из-за еды или собирают трупы мертвых животных, муравьи-черепахи полагаются на нектар, пыльцу, грибы и другие ресурсы из растительных покровов. Они также потребляют мочу млекопитающих и фекалии птиц, которые действительно содержат много азота, но в формах, недоступных для животных без помощи микробов.
Чтобы проверить, вносят ли кишечные бактерии значительный вклад в потребление питательных веществ муравьями, исследователи поместили нескольких муравьев-черепах в лабораторию, посадили их на диету, содержащую мочевину (основные отходы в моче), и дали им антибиотики, которые убили их кишечные бактерии. В этом случае муравьи не могли получать азот, который они обычно получали, когда сидели на диете, строго состоящей из мочевины.
Обнаружение того, что муравьи-черепахи содержат бактерии, производящие азот, в их кишечнике, показывает, как они могут так хорошо выживать, питаясь пищей, которую, похоже, хотят очень немногие другие животные.
По-видимому, с уменьшением использования наступательных способностей в сочетании с их переходом на более низкокачественную диету муравьи-черепахи утратили многие черты, которые другие муравьи используют, чтобы конкурировать за пищу или атаковать ее.
«У этих муравьев развились уменьшенные мандибулы - челюсти - и они утратили способность жалить», - сказал Рассел. «В результате они не очень хорошо охотятся на живых беспозвоночных животных или поедают мертвых. Это также означает, что они утратили черты, которые являются неотъемлемой частью конкуренции с другими видами муравьев».
В свою очередь, муравьи развили более пассивную защиту, такую как толстая броня и «особая каста взрослых особей, которые используют свои головы, чтобы заткнуть входы в свои гнезда из полых веток», объяснил Рассел.
Что интересно, так это то, что толстая защитная броня, разработанная этими муравьями, требует большого количества азота, что еще раз указывает на важность симбиотических отношений черепаховых муравьев с их кишечными бактериями.
«Эта броня может быть возможна из-за большого вклада кишечных микробов в их баланс азота», - сказал Рассел.
Поскольку микробы так важны для их жизни, кажется, что муравьи-черепахи также выработали способ их защиты.
«Эти муравьи развивают мелкоячеистый фильтр в начале их пищеварительного тракта, который может изолировать микробы, расположенные ниже по течению, от чужеродных захватчиков. Это, вероятно, помогло укрепить целостность этих древних бактериальных сообществ», - сказал Рассел..
Прямая информация о функциях бактерий, связанных с муравьями, была относительно ограниченной, причем большую часть этих знаний составляют муравьи-листорезы и муравьи-древоточцы. Поэтому знание того, что муравьи-черепахи в такой степени извлекают выгоду из своих бактерий, особенно то, что азот, обеспечиваемый микробами, может быть необходим для их выживания, имеет большое значение..
«Эта работа показывает, что члены сложных сообществ могут развиваться вместе, закладывая основу для будущих исследований того, как эти организмы развиваются в ответ на надежные партнерские отношения», - сказал Рассел.
У млекопитающих, как и у нас, в кишечнике есть сложный набор бактерий, которые, возможно, также эволюционировали вместе с хозяевами на протяжении миллионов лет, хотя и гораздо менее специфичным образом. Теперь, когда мы знаем о муравьях-черепахах и их симбиотических бактериях, возникают дополнительные вопросы о том, как мы сами развивались. В то же время он может также дать ответы.
«Относительно простая система муравьиных черепах может оказаться полезной, помогая нам смоделировать вопросы о наших собственных партнерских отношениях с микробами и о том, насколько они важны для здоровья человека», - заключил Рассел.