Термиты создали сложные биореакторы 30 миллионов лет назад

Полный распад растительной биомассы для преобразования в энергию в промышленных биореакторах остается сложной задачей. Новое исследование показывает, что термиты-грибоводы решили эту проблему более 30 миллионов лет назад. Успех этих термитов как разлагателей растений обусловлен разделением труда между грибом, расщепляющим сложные компоненты растений, и кишечными бактериями, которые поставляют ферменты для окончательного переваривания.

Сложная организация на грибных фермах термитов

Термиты-грибоводы — доминирующие разлагатели растений в (суб)тропической Африке к югу от Сахары и Юго-Восточной Азии. В некоторых районах они разлагают до 90% всей мертвой растительной массы. Они достигают почти полного разложения растений благодаря многоэтапному сотрудничеству между грибами Termitomyces и кишечными бактериями. Термиты управляют этими симбионтами, предоставляя кишечные компартменты и инфраструктуру гнезда.

Управление фермой высоко структурировано:

  • Старые рабочие собирают растительный материал и приносят его в гнездо.
  • Молодые рабочие поедают этот материал вместе со спорами гриба Termitomyces.
  • Эта смесь выделяется в виде нового слоя грибного сада.
  • В саду Termitomyces быстро растет на растительном субстрате.
  • После использования субстрата старые термиты поедают сам грибной сад. К этому моменту почти вся органика уже расщеплена.

Сообщество симбионтов, оптимизированное для разложения растений

В симбиозе термитов-грибоводов присутствовало 86% всех известных семейств ферментов гликозидгидролаз. Гриб кодировал ферменты для обработки сложных углеводов, а кишечные микробы поставляли ферменты для окончательного переваривания олигосахаридов. Первый проход через кишечник в основном служит для инокуляции растительного субстрата спорами гриба, тогда как кишечные бактерии играют ключевую пищеварительную роль во время второго прохода.

Метагеномный анализ кишечника королевы показал, что в нем содержится сильно упрощенное бактериальное сообщество, лишенное ферментов для разложения растений. Это говорит о том, что королевская пара освобождена от обязанностей по разложению и получает высококачественный грибной рацион от рабочих.