Киты могут быть обязаны эффективному пищеварению миллионам микробов

Исследование ученых из Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI) показывает, что микробные сообщества в кишечнике китов могут играть важную роль в переваривании одного из самых распространенных в океане богатых углеродом липидов — воскового эфира. Результаты опубликованы 2 декабря в Journal of the International Society for Microbial Ecology.

Восковые эфиры — одни из самых трудных для переваривания жиров для многих животных, включая человека. Они особенно богаты в мелких ракообразных, таких как криль и копеподы — излюбленной добыче усатых китов, например, гренландского и находящегося под угрозой исчезновения северного гладкого кита. Согласно предыдущим исследованиям, восковые эфиры также являются важным липидом в мировом океане, временами запасая не менее половины углерода, производимого растительными морскими организмами.

«Мы обнаружили, что более 80% липидов, потребляемых гренландскими китами, — это восковые эфиры, но в толстом кишечнике остается менее 30%», — говорит морской ученый WHOI Кэролин Миллер, ведущий автор исследования. Таким образом, гренландские и другие усатые киты очень эффективно переваривают эти липиды. «Это важно не только для понимания цикла этих важных липидов в океане, но и потому, что киты потребляют огромное количество богатой восковыми эфирами добычи для поддержания здоровья и размножения».

Вопрос в том, как киты могут так эффективно переваривать восковые эфиры, если они так трудноусвояемы для других животных? Часть ответа могут дать миллионы крошечных микробов, включая бактерии, живущие в их пищеварительном тракте. Эти микробные сообщества обычно называют «кишечной микробиотой». У людей и других наземных животных кишечные микробы играют важную роль во многих аспектах здоровья, включая пищеварение, где они часто способны расщеплять иначе неусвояемые компоненты пищи.

Миллер и ее коллеги хотели изучить, действительно ли микробы кишечника гренландского кита участвуют в переваривании восковых эфиров. Для этого им сначала понадобились свежие образцы.

Но окно для извлечения образцов быстро закрывается, так как разложение может испортить содержимое кишечника. «Получить свежие образцы из внутренностей китов — большая редкость», — говорит Миллер.

Благодаря сотрудничеству с капитанами китобойных судов из числа коренных жителей Аляски (Ассоциации китобойных капитанов Барроу), которым разрешено добывать небольшое количество китов ежегодно для пропитания, Миллер и ее коллеги получили возможность взять образцы у свежедобытых гренландских китов. Их совместные усилия дали более ста образцов от 38 китов за четыре года.

В лаборатории ученые проанализировали эти образцы из девяти отделов желудочно-кишечного тракта, чтобы обнаружить изменения в микробных сообществах и липидах по ходу кишечника каждого кита. Они обнаружили сильную связь между бактериальным сообществом и уменьшением содержания восковых эфиров в нижней части тонкого кишечника.

«Микроорганизмы играют важную роль в пищеварительных процессах млекопитающих, а также способствуют функционированию иммунной системы», — говорит микробный эколог WHOI Эми Эпприлл, соавтор исследования. «Это исследование предполагает, что кишечные бактерии могут иметь столь же критическую роль у китов, возможно, помогая им расщеплять эти жирные соединения из добычи».

Миллер, Эпприлл и их коллеги планируют развить результаты этого исследования, чтобы определить, какая часть пищеварения обусловлена самим китом, а какая — микробными сообществами в его кишечнике. В конечном счете, это может пролить свет на то, как эти киты и их микробы переваривают основной источник энергии из своей добычи. Результаты также могут принести пользу сообществу коренных китобоев Аляски, показав, как пищевые ресурсы в водах у мыса Барроу поддерживают местную популяцию гренландских китов.

«Десятилетия исследований были сосредоточены на круговороте углерода в океане, но то, как эти соединения расщепляются, преобразуются и используются для создания значительной биомассы кита, оставалось своего рода "черным ящиком"», — добавляет Эпприлл. «Это исследование дает уникальный взгляд на ранее скрытую часть морской пищевой сети».