Гиппопотамы превращают водоёмы в общий кишечник
Гиппопотамы могут съедать почти 45 кг пищи в день, и, как следствие, наполняют водоёмы, где проводят большую часть жизни, огромным количеством экскрементов.
Новое исследование показало, что все эти фекалии превращают водоёмы в продолжение кишечника гиппопотамов: бактерии и другие микробы, выделенные в воду, выживают и передаются между животными, собирающимися вместе. Эта «метакишечная система» (англ. meta-gut), как назвали её исследователи, может оказывать серьёзное влияние на экосистемы гиппопотамов.
Результаты исследования, проведённого под руководством постдока по биологии из Университета Флориды Кристофера Даттона, были недавно опубликованы в Scientific Reports (Nature). В команду также вошли доцент биологии Аманда Субалуски и сотрудники Йельского университета и Института экосистемных исследований Кэри.
Исследователи проводили полевые работы на реке Мара в Восточной Африке, где обитает более 4000 гиппопотамов. Когда они не едят на суше, гиппопотамы проводят большую часть жизни в воде, собираясь в бассейнах, чтобы валяться — и испражняться. «В некоторых бассейнах с гиппопотамами на поверхности плавает так много фекалий, что не видно воды под ними», — сказал Даттон.
С помощью серии полевых наблюдений, экспериментов в естественных и контролируемых условиях и методов секвенирования RNA исследователи попытались выяснить, как микробы из кишечника животных могут влиять на их непосредственные экосистемы. Все животные имеют специфичные для их кишечника микробиомы. Внутри организма микробы выполняют важные функции, такие как помощь в пищеварении, — но что происходит, когда животные выделяют их в общую среду?
«За последние 20 лет появилось большее понимание роли, которую фекалии и моча животных могут играть в изменении круговорота питательных веществ и биогеохимии в экосистемах», — сказал Даттон. «Мы попытались пойти на шаг дальше — мы хотели понять, в каких условиях микробы кишечного происхождения способны функционировать во внешней среде и что это может сделать с окружающей средой».
Они обнаружили, что по функционирующему микробному сообществу дно бассейна гиппопотамов больше напоминает кишечник гиппопотама, чем обычную реку. Исследователи ввели термин «метакишечная система», чтобы описать изменения в среде обитания гиппопотамов после переноса в неё их кишечных микробиомов. Это явление может приносить пользу гиппопотамам, которые делятся микробами друг с другом, делая воду, по словам Даттона, «почти как пробиотический коктейль». Но то, как это изменяет состав воды, также может повлиять на других животных, например, рыб.
«Я думаю, это действительно новый взгляд», — сказала Субалуски. «Не думаю, что люди предполагали, что животные могут оказывать такое сильное влияние на формирование микробных сообществ».
Метакишечная система может иметь более широкие последствия для экосистем гиппопотамов. В водоёмах с высоким накоплением фекалий гиппопотамов, называемых «высокодотационными» (англ. high subsidy), исследователи обнаружили «оглушительно высокую» концентрацию метана, сказал Даттон. «Количество метана, выделяющегося из водоёма, было бы объявлено взрывоопасным в Соединённых Штатах», — отметил он.
В будущем их исследование, финансируемое Национальным научным фондом (NSF), изучит эффекты в пищевой сети на экспериментальной потоковой установке в кампусе Университета Флориды. «Эти кишечные микробы гиппопотама могут проходить через пищевую сеть и через различные сообщества рыб и беспозвоночных, обитающих в реке, что имеет важные последствия для нашего понимания того, как функционирование экосистемы может измениться с исчезновением крупных диких животных», — сказал Даттон. Учёные надеются продолжить изучение феномена «метакишечной системы» у других видов, чтобы лучше понять весь спектр способов, которыми животные могут влиять на экосистемы.