Куча сухостоя, опавшей листвы и земли может показаться нам садовыми отходами. Но для термитов это питательный обед.
Термиты относятся к числу редких организмов, которые могут питаться древесиной. Эта замечательная способность позволила им стать одними из самых многочисленных животных в наземных тропиках, и они должны благодарить свои кишечные бактерии.
Многие животные полагаются на микробные сообщества в своем кишечнике, чтобы помочь процессу пищеварения. Например, в желудочно-кишечном тракте человека насчитывается около 39 триллионов бактерий. Однако микробиом кишечника термитов является одним из самых сложных среди всех групп животных. Он состоит из разнообразной смеси бактерий, простейших и грибков, которые могут расщеплять и извлекать необходимые питательные вещества из материалов, неперевариваемых большинством животных, таких как лигноцеллюлоза в древесине.
Биологи изучают микробиоту кишечника термитов более века, но они расходятся во мнениях по одному важному вопросу: как эволюционировали кишечные бактерии термитов?
Некоторые исследования говорят, что термиты унаследовали свой кишечный микробный состав от своих родителей - процесс, называемый вертикальной передачей. Другие утверждают, что специфические для диеты линии были независимо приобретены из окружающей среды в ходе эволюции - так называемая горизонтальная трансмиссия..
В крупнейшем на сегодняшний день исследовании ДНК кишечных микробов термитов исследователи из отдела эволюционной геномики OIST в сотрудничестве с коллегами из Сиднейского университета нашли ответ, который объединяет обе стороны спора - vboth.
«Мы обнаружили, что термиты в основном приобретают свои кишечные бактерии как от своих родителей, так и от других колоний термитов, - говорит профессор Томас Бургиньон, руководитель подразделения, - а это означает, что как вертикальная, так и горизонтальная передача были важны в течение 150 миллионов лет». эволюции термитов."
Прошлые исследования основывались на небольших выборках из 20 или менее видов, взятых из узкого диапазона мест и типов питания. Однако здесь профессор Бургиньон и его коллеги проанализировали 211 бактериальных линий из кишечника 94 различных видов термитов, собранных на четырех разных континентах - в Азии, Океании, Южной Америке и Африке. Их результаты были опубликованы в журнале Current Biology.
Они извлекли бактериальную ДНК из кишечника термитов и секвенировали определенный участок генетического материала, называемый 16S рРНК, который часто используется для идентификации видов бактерий. С помощью этой генетической информации они смогли реконструировать генеалогическое древо, показывающее историю эволюции и взаимоотношения между видами бактерий.
Их результаты показали, что микробиомы кишечника термитов формируются за счет «смешанного режима» передачи, который сочетает в себе вертикальную передачу от колонии к потомству с горизонтальной передачей от колонии к колонии.
Когда бактерии переносятся вертикально между поколениями термитов, они могут эволюционировать вместе со своими термитами-хозяевами, становясь узкоспециализированными в отношении своего рациона, среды обитания и болезней. «Многие из обнаруженных нами бактерий существуют только внутри термитов, а некоторые из них - только в определенных областях кишечника термитов», - говорит профессор Бургиньон.
Вертикальная передача важна и для кишечного микробиома человека - в 2016 году биологи показали, что мы, люди, унаследовали некоторые кишечные микробы от предков, которых мы делим с нашими двоюродными братьями-приматами.
Однако некоторые особенности образа жизни термитов означают, что они также склонны к горизонтальной передаче кишечных бактерий. Бактерии могут передаваться между термитами во время боев, потому что более сильный термит часто поедает более слабого соперника. Термиты также могут приобретать кишечные бактерии от других видов термитов или даже от других животных целиком через почву или другие источники пищи, поглощая фекалии.
Вывод о том, что некоторые бактерии меняли хозяев в ходе эволюции, может означать, что некоторые виды кишечных бактерий термитов гораздо более широко распространены в кишечнике других организмов, чем мы когда-то думали.
Подразделение эволюционной геномики в настоящее время проводит дальнейшие исследования генетики кишечных бактерий термитов, надеясь узнать больше о специфических ферментах, которые бактерии используют для разрушения древесины - процесс, о котором биологи до сих пор мало знают.
«Еще многое предстоит узнать об этой очаровательной группе животных», - говорит Бургиньон.