В здании микробиологических наук Университета Висконсин-Мэдисон невероятно эффективные пищевые привычки термитов, выращивающих грибы, удивляют даже тех, кто хорошо знаком с природным даром насекомого превращать древесину в пыль.
Согласно исследованию, опубликованному 17 апреля 2017 года в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, когда древесина тополя проходит короткий 3,5-часовой транзит через кишечник термита, появляющиеся фекалии почти лишены лигнин, твердый и распространенный полимер, который придает стенкам растительных клеток прочность. Поскольку лигнин известен тем, что его трудно разлагать, и он остается дорогостоящим препятствием для деревообрабатывающей промышленности, такой как производство биотоплива и бумаги, термиты являются хранителями очень долгожданного секрета: естественной системы для полного разрушения биомассы.
«Скорость и эффективность, с которой термит разрушает полимер лигнина, совершенно неожиданны», - говорит Джон Ральф, профессор биохимии из Университета Вашингтона в Мэдисоне, исследователь Центра биоэнергетических исследований Великих озер (GLBRC) и лигнина. эксперт. «Дразнящий вывод заключается в том, что эта кишечная система содержит ключи к расщеплению лигнина с использованием совершенно неизвестных процессов».
Хунцзе Ли, один из первых авторов исследования, начал изучать термитов, будучи аспирантом Чжэцзянского университета в Ханчжоу, Китай. В настоящее время исследователь с докторской степенью в лаборатории профессора бактериологии UW-Madison и исследователя GLBRC Кэмерона Карри, Ли был первым, кто сохранил жизнь этому роду термитов в лабораторных условиях, и первым, кто наблюдал крупным планом симбиотическую систему, которая объединяет термитов. с грибком Termitomyces.
Весь процесс, как это часто бывает с общественными насекомыми, сложен. Молодые термиты, или молодые рабочие, собирают и поедают древесину. Фекалии термитов, наполненные грибами, затем становятся неотъемлемой частью грибкового гребня, губчатой структуры, которую термиты создают в защищенной камере. На сотах грибы еще больше разлагают древесину до тех пор, пока ее простые сахара не будут готовы, примерно через 45 дней, для употребления в пищу старыми рабочими термитами.
«Десятилетиями все думали, что молодой рабочий ничего не делает из-за того, как быстро древесина проходит через его кишечник», - говорит Ли. «Но, понаблюдав за термитами в лаборатории, я предположил, что у них есть какие-то функции, так как грибы просто не могут жить на древесине в одиночку».
Чтобы изучить эти функции, Ли обратился за помощью к соавтору Дэниелу Йеллю, технологу-исследователю лесных продуктов из Лаборатории лесных продуктов Министерства сельского хозяйства США и эксперту по грибковым системам, разлагающим древесину.
«Эта система уникальна, потому что грибок и термит не могут жить друг без друга», - говорит Йелле. «Они симбиотики, и они очень эффективно работают вместе, чтобы делать то, что грибы не могут делать в природе. Вместе они делают все быстрее».
Система может быть симбиотической, но процессы, связанные с транзитом кишечника, или механизмы, с помощью которых кишечнику термитов удается расщеплять даже самые трудные для расщепления части лигнина, до сих пор неизвестны. Будущие исследования будут сосредоточены на определении того, какие ферменты или бактериальные системы могут работать в кишечнике. Если этот суперфермент или процесс можно воспроизвести за пределами термита, это может привести к значительному улучшению способов обработки древесины и производства биотоплива, улучшению экономики и сокращению энергопотребления.
«Это отличный пример ценности фундаментальных научных исследований, - говорит Карри. «Изучение того, как термиты перерабатывают биомассу растений в природе, не только помогает нам понять наш естественный мир, но и может способствовать нашим собственным усилиям по расщеплению биомассы».