Новый тип симбиоза: бактерии в жабрах рыб питаются аммиаком

Микробиологи и ихтиологи из Университета Радбауда обнаружили совершенно новый тип симбиоза: бактерии в жабрах рыб, которые превращают вредный аммиак в безвредный газообразный азот. Environmental Microbiology Reports опубликовал ранний просмотр результатов на этой неделе.

Рыбы производят много аммиака — продукта белкового метаболизма. Аммиак также загрязняет воду, в которой они живут, и в высоких концентрациях может быть смертельным. "Мы, люди, выделяем избыток аммиака с мочой, в виде мочевины. Рыбы делают это через жабры", — объясняет микробиолог Хуб Оп ден Камп. "В Неймегене мы специализируемся на идентификации и культивировании поедающих аммиак бактерий, таких как анаммокс". Поэтому жабры были логичным местом для поиска бактерий азотного цикла у рыб.

Подготовка жабр

Исследование действительно показало, что жабры как данио-рерио, так и карпа заполнены микроорганизмами. Для их идентификации микробиологи использовали различные микроскопические методы и измерения изотопов, в дополнение к ДНК-фингерпринтингу. "Подготовка жабр для экспериментов была сложной задачей, это сильно отличалось от того, к чему мы привыкли", — говорит Майк Йеттен. "Хрящ в жаберной дуге делает чрезвычайно трудным получение тонких срезов для микроскопического исследования". Но микробиологи в итоге преуспели: на Рисунке 1 показаны электронные микрофотографии бактерий в жаберной ткани.

В конечном итоге биологи удалили жабры у рыб для дальнейшего изучения. Даже тогда они продолжали производить азот, что означает, что бактерии оставались активными. Биологи также хотели определить, сколько именно аммиака потребляют бактерии. Для этого им пришлось определить баланс азота в аквариумах. Это было сложной задачей из-за постоянного водообмена и биофильтров, которые также удаляют часть аммиака. У рыб, которых кормили с перерывами, оказалось, что 31% корма попадает в воду в виде аммиака. У рыб, которых кормили постоянно, этот показатель составил только 18%; большая часть аммиака была преобразована в газообразный азот, который безвредно улетучивался из воды.

Тактика кормления

Открытие нового типа симбиоза происходит нечасто. "В какой-то момент эволюции рыбы приняли этих бактерий, что оказалось успешной стратегией", — говорит Оп ден Камп. "Теперь вопрос в том, присутствуют ли бактерии и у других видов, помимо данио и карпа. Мы подозреваем, что этот симбиоз распространен у пресноводных рыб, но это еще предстоит подтвердить". Это исследование также дает урок для аквакультуры. "Кормление приводит к пику производства аммиака. Для симбиоза между рыбой и бактериями лучше, если производство аммиака более постоянное. Поэтому лучше кормить часто небольшими порциями, чем один или два раза в день большими. Бактерии — и, следовательно, рыбы — выигрывают от такой тактики кормления. Почти все организмы выигрывают от постоянства".