Грибные сады муравьев-листорезов трансформируются в процессе деградации биомассы

Исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории и Центра биоэнергетики Великих озер использовали метаболомные и метапротеомные методы для изучения динамики оборота питательных веществ в грибных садах муравьев-листорезов. Эти травоядные насекомые, обитающие в неотропических экосистемах, питаются грибами, которые культивируются на свежей листовой биомассе.

Ученые обнаружили, что множество свободных аминокислот и сахаров истощаются в процессе деградации биомассы. Это указывает, что легко доступные питательные вещества из растительного материала быстро потребляются микробами в этих экосистемах. Накопление целлобиозы и производных лигнина ближе к концу процесса деградации подтверждает предыдущую характеристику лигноцеллюлаз, продуцируемых грибным культиватором муравьев.

Результаты также предполагают, что производные мочевины могут быть важным источником азота в грибных садах, особенно в условиях его ограничения. В метаболомных экспериментах не была обнаружена свободная (не связанная в белках) аргинин, несмотря на доказательства, что муравьи-хозяева не могут производить эту аминокислоту, которая является ключевым питательным веществом для них. Это говорит о том, что биосинтез данного метаболита может быть строго регулируемым в грибных садах. Полученные данные дают новое представление о процессах на уровне микробного сообщества, лежащих в основе этого важного симбиоза муравьев и грибов.

Исследование метаболических переходов и деградации биомассы в культивируемых грибных садах дает важную информацию о том, как эти насекомые влияют на наземные циклы питательных веществ. Результаты показывают, что метаболомика может быть полезным инструментом для понимания динамики питательных веществ в микробных экосистемах и для раскрытия сложных молекулярных деталей, лежащих в основе межвидовых ассоциаций.

Для идентификации метаболитов с существенным изменением содержания между слоями сада исследовательская группа отобрала пробы из верхней и нижней секций грибных садов из лабораторных колоний муравьев Atta cephalotes, которых кормили смесью листьев дуба и клена. Затем ученые проанализировали ранее полученные метапротеомные данные из грибных садов, чтобы выявить сдвиги в физиологии микробов, соответствующие их метаболомным наблюдениям.

Будущая работа по выяснению степени вариабельности метаболитных профилей в садах диких колоний A. cephalotes даст важное представление о постоянстве процесса деградации биомассы у муравьев-листорезов.