В то время, когда чайный гриб является обычным явлением в меню кафе, а словосочетание «обогащенный пробиотиками» стало новейшим модным словечком для здоровья, наше внутреннее состояние как никогда актуально. Не зря люди стали уделять больше внимания бактериям, живущим в нашем кишечнике - нашим микробиомам. Микробиом помогает бороться с болезнями и помогает пищеварению, играя ключевую роль в благополучии многих существ, от собак до приматов и грызунов. Но впервые - во многом благодаря музейным коллекциям - ученые смогли сравнить кишки млекопитающих, птиц, рептилий и амфибий. Оказывается, не все виды так сильно полагаются на свой кишечный микробиом. На самом деле, у птиц и летучих мышей странным образом схожие микробиомы, и ни один из них не слишком на них полагается. "Почему?" Вы можете спросить: чтобы приспособить их способность летать, считают ученые.
«Если у вас в кишечнике много бактерий, это может быть довольно тяжело и может отнимать у вас ресурсы», - говорит Холли Лутц, научный сотрудник Чикагского музея Филда и научный сотрудник университета. из Калифорнии Сан-Диего. «Поэтому, если вы животное, у которого действительно высокие энергетические потребности, скажем, потому что вы летите, вы, возможно, не сможете позволить себе носить с собой все эти бактерии, и вы не сможете позволить себе кормить их или бороться с ними». их."
"Когда мы впервые начали этот проект, я подумал, что будет логично, если мы увидим похожие ассоциации между животными и их кишечными микробами, когда животные питаются схожей пищей. Наша идея "журавля в небе" заключалась в том, что бегство могло навязать сходный тип отбора, на который микробы селятся животными. Что было шокирующим, так это то, что мы не обнаружили, что птицы и летучие мыши имеют схожий микробиом как таковой, а скорее то, что у обоих отсутствуют определенные отношения с микробами», - говорит Се Джин Сонг, соавтор исследования из Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Чтобы выяснить взаимосвязь между кишечными микробиомами и этими совершенно разными видами, Лутц и ее коллеги взялись за дело: проанализировали образцы фекалий около 900 видов животных с позвоночником - первое исследование такого рода для анализа микробное разнообразие млекопитающих и птиц в глобальном масштабе.
Это был большой совместный проект, объединивший исследователей, музейных коллекций и директоров зоопарков со всего мира. Как в фильмах об Индиане Джонсе, Лутц отправился в темные недра отдаленных угандийских и кенийских пещер с фонариком на буксире и взобрался на скалистые стены, чтобы собрать образцы африканских летучих мышей.
Как только все образцы были собраны, ученые использовали высокопроизводительное генетическое секвенирование для их обработки. ДНК была извлечена из отдельных клеток с использованием специализированных детергентов и методов фильтрации, после чего ученые смогли нацелиться на определенный ген, общий для всех бактерий, чтобы «штрих-кодировать» бактериальные сообщества, присутствующие в каждом образце. Путем объединения образцов с отдельных хостов, называемых «библиотеками», они затем смогли секвенировать образцы в массовом порядке и провести широкие сравнения, которые легли в основу исследования..
Ученые ожидали, что микробиомы кишечника выстроятся в соответствии с родословными животных, в которых они живут. В целом, животные, которые находятся в близком родстве друг с другом, имеют схожие кишечные микробиомы, потому что они эволюционировали вместе - закономерность, которую ученые называют филосимбиозом.
Вот почему они были удивлены, увидев, что микробиомы кишечника летучих мышей имеют мало общего с их собратьями-млекопитающими. Микробиом кишечника летучих мышей на самом деле был больше похож на птиц, чем на любую другую группу. Вынос? Что у птиц и летучих мышей мало связи между тем, насколько близко родственны виды, и насколько похожи их микробиомы.
Связь между птицами и летучими мышами не в их происхождении, а в их образе жизни. Птицы и летучие мыши очень разные и имеют лишь отдаленное родство, но они оба независимо развили способность летать. У Лутца есть подозрение, что птицы и летучие мыши должны быть легкими, чтобы летать, изменили их кишки. Их кишечные тракты намного короче, чем у наземных млекопитающих сопоставимого размера, и в них содержится гораздо меньше бактерий, что дает летающим животным меньше вещей, которые нужно таскать с собой. Также существует вероятность того, что их кишечник не обеспечивает необходимой пищей бактерии для поддержания симбиотического (взаимовыгодного) обмена, который сделал бы жизнь там полезной для бактерий.
Помимо более короткого кишечника и меньшего количества бактерий, бактерии, которые есть у птиц и летучих мышей, имеют тенденцию сильно различаться. Для всех групп млекопитающих, кроме летучих мышей, были видны образцы определенных бактерий, обнаруженных в близкородственных группах. Однако у птиц и летучих мышей вы видите все типы отдельных бактерий, разбросанных почти бессистемно.«Похоже, что они просто собирают все, что находится вокруг них, и им не нужны микробы, чтобы помогать им так, как это делаем мы», - говорит Лутц.
Ученые надеются, что, узнав больше о нюансах микробиомов других животных, мы сможем больше узнать о наших собственных. Виды, которые не так сильно полагаются на свой кишечный микробиом, могут дать особое представление. «Если мы когда-нибудь окажемся в какой-то экстремальной ситуации, когда нарушим наш микробиом, есть кое-что, чему мы можем научиться у животных, которым не так сильно нужен их микробиом», - размышляет Лутц.
Лутц отмечает, что это открытие было бы невозможно без музейных коллекций со всего мира. Образцы кишок птиц и летучих мышей, спрятанные в криогенных камерах, заполненных жидким азотом, в Ресурсном центре коллекций Полевого музея, были вытащены, чтобы помочь собрать обширные образцы, необходимые для исследования такого размера..
Масштаб этой статьи - с точки зрения видов, которые мы отобрали - действительно впечатляет. Разнообразие сотрудников, собравшихся вместе, чтобы провести это исследование, показывает, как многого мы можем достичь, если протянем руку и наладим такое масштабное межведомственное сотрудничество», - говорит Лутц.