Муравьи в кронах амазонских дождевых лесов имеют на порядки больше бактерий в кишечнике, чем обитатели земли
Исследователи из Центра инноваций в области микробиома (CMI) Калифорнийского университета в Сан-Диего и их коллеги с Восточного побережья впервые количественно оценили число бактерий в кишечниках широкого спектра видов муравьев в амазонских дождевых лесах. Они обнаружили, что преимущественно растительноядные муравьи, обитающие в кронах деревьев, имеют на три-четыре порядка больше бактерий, чем те, что живут на земле. Работа имеет значение для методологии исследований микробиомов. Исследование опубликовано 27 июля в Integrative and Comparative Biology.
Разрешение "парадокса" биомассы
Систематические исследования биомассы членистоногих в кронах тропических лесов показали, что муравьи составляют её большую часть. Это создавало парадокс, так как муравьи считались хищниками, но превосходили по биомассе свою потенциальную добычу. Частично парадокс был разрешён в 2003 году, когда выяснилось, что большинство муравьёв в кронах — растительноядные и питаются растительными жидкостями (сок, нектар). Однако возник новый вопрос: как они получают достаточно азота, которого мало в таких ресурсах, для роста колоний?
Роль бактериальных симбиозов
Известно, что насекомые с несбалансированным рационом часто полагаются на бактериальные симбиозы для восполнения питательных потребностей. Например, бактерии Blochmannia у муравьёв-древоточцев, открытые одними из первых, вероятно, участвуют в переработке азота. Позже были обнаружены специализированные внеклеточные бактерии в морфологически сложных кишечниках муравьёв рода Cephalotes ("черепашьи муравьи").
Количественный, а не качественный подход
Новизна данного исследования — в количественных методах, позволяющих понять, сколько именно бактерий присутствует и каково их биологическое значение. Стандартные методы секвенирования с этапом амплификации ДНК теряют информацию об исходном количестве бактерий и подвержены загрязнению, особенно при низкой стартовой концентрации ДНК, как у муравьёв.
Команда использовала два независимых метода:
Количественная ПЦР (qPCR)
Флуоресцентная микроскопия (для которой пришлось нести 60-фунтовый микроскоп через Амазонию)
Результаты и значение
Растительноядные муравьи в кронах имеют в кишечнике в тысячи-десятки тысяч раз больше бактериальных клеток, чем наземные муравьи.
- В пересчёте на размер человека: объём бактерий у "кроновых" муравьёв сопоставим с двухлитровой бутылкой газировки, а у наземных — с жареным кофейным зерном.
Это указывает на важную роль бактерий, предположительно связанную с поддержанием больших потоков питательных веществ. Интересно, что у разных растительноядных родов муравьёв присутствовали разные бактерии.
Вывод
Как отметил ведущий автор Джон Сандерс, обычно мы думаем о микробиоме как о чём-то, что есть у животного. Однако эта работа показывает, что "иметь микробиом" означает нечто принципиально разное для разных животных, и для понимания его биологической значимости необходимы данные об абсолютном количестве бактерий.