Микробиом кажется вездесущим: люди и многие другие виды полагаются на миллиарды крошечных организмов в кишечнике, чтобы помочь пищеварению, обмену веществ и другим функциям. Теперь ученые из Университета Колорадо в Боулдере ставят под сомнение идею о том, что микробиом универсален среди животных.
Гусеницы имеют гораздо меньше бактерий и грибков, населяющих их кишечник, чем другие животные, и микробы, которые находятся внутри них, похоже, не имеют какой-либо идентифицируемой роли, кроме того, что иногда вызывают заболевания. Удивительные результаты показывают, что эта разнообразная группа насекомых может не нуждаться в микробах и может привести к новым открытиям о масштабах и роли резидентных микробных сообществ у животных.
Выводы были опубликованы сегодня в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
«В области микробиома преобладает предположение, что у всех животных есть постоянный микробиом», - сказал Тобин Хаммер, докторант кафедры экологии и эволюционной биологии Калифорнийского университета в Боулдере. «Когда я начинал проект, я не ожидал, что все так получится».
Хаммер интересовался ролью микробов в гусеницах. Отряд чешуекрылых, насчитывающий около 180 000 видов бабочек и мотыльков, хорошо изучен, но ученые не были уверены, есть ли у гусениц микробные партнеры. Такие симбионты распространены среди травоядных. которым часто нужна помощь в переваривании жестких, волокнистых растений. Хаммер считал, что травоядные гусеницы тоже могут быть носителями сообщества бактерий и грибков.
Хаммер и его сотрудники собрали образцы фекалий гусениц в Колорадо, Аризоне, Нью-Гэмпшире, Массачусетсе и Коста-Рике. Они извлекли ДНК из этого помета и из листа растения, которое грызла гусеница. Ученые также использовали для сравнения фекалии других животных, в том числе образцы, найденные в полевых условиях и в лаборатории.
По сравнению с другими животными, у гусениц было примерно в 50 000 раз меньше микробов. По словам Хаммера, если человеческие кишки похожи на тропический лес с точки зрения обилия микробов, то кишки гусениц похожи на пустыню.
Большая часть микробной ДНК, которую ученые обнаружили внутри гусениц, совпадала с микробами, обнаруженными на листе растения, что позволяет предположить, что микробы в основном попали в организм из окружающей среды. Напротив, у других животных есть микробные сообщества, которые намного отличаются от окружающей их среды.
Чтобы выяснить, сыграли ли роль редкие микробы в кишечнике гусениц, ученые провели второй эксперимент. Они выращивали гусениц в полиэтиленовых пакетах и обрызгивали пищу антибиотиками, чтобы убить все живое в их кишках. Накормленные антибиотиками гусеницы беспрепятственно росли и развивались во взрослых особей, казалось бы, им не мешало отсутствие микробов. У других насекомых аналогичные эксперименты привели к задержке роста и смерти.
«Гусеницы действуют совершенно иначе, чем многие другие животные», - сказал Хаммер.
Исследование предполагает, что могут быть компромиссы для размещения микробиома. Микробы могут вымывать питательные вещества из своего хозяина и превращаться из союзников в возбудителей болезней. Они также могут сделать своего хозяина уязвимым. Например, если бы гусеницы действительно полагались на микробы, можно было бы нацеливаться на кишечные симбионты гусениц, уничтожающих урожай, с помощью специальных пестицидов. Гусеница с ее простым образом жизни, состоящим в постоянном питании, может просто не получить пользы от микробов.
Хотя есть некоторые доказательства того, что у бабочек больше микробов, чем у гусениц, польза для бабочек до сих пор неясна. Хаммер планирует изучить эту взаимосвязь в будущем и надеется, что результаты приведут к новым открытиям уникальных или отсутствующих микробиомов. Он предполагает, что другие исследователи уже получали подобные результаты в прошлом, но не сообщали о них, считая их неточными.
В более широком смысле исследование подталкивает ученых к рассмотрению затрат и преимуществ микробиома и того, почему организм может принять микробное сообщество.
«Я думаю, это побудит нас переосмыслить, насколько разнообразны эти ассоциации животных и микробов на самом деле», - сказал Хаммер.