Біологія
Екологія
Біологія
Екологія

Бегемоти уподібнили мікробіоми води та свого кишківника

Випорожнюючись у водойми, бегемоти уподібнюють мікробний склад водного середовища до свого кишкового мікробіому, що впливає на протікання біогеохімічних процесів у водоймі, з'ясувала група вчених зі США та Кенії. Зокрема, бегемоти можуть сприяти формуванню системи метакишківника, за якого мікроби кишківника продовжують виконувати функції за межами організму тварини і слугують резервуаром кишкового мікробіому для інших тварин. Дослідження опубліковане в журналі Scientific Reports.

Pexels

Pexels

Що це за система метакишківника?

Бегемоти (Hippopotamus amphibius) — великі напівводні тварини, і вони мають значний вплив на своє довкілля. Більшість свого часу вони проводять у воді, у невеликих озерцях або біля берегів річок, і лише вночі виходять на кілька годин на сушу, щоб поживитися травою. Потім вони знову повертаються до води, де перетравлюють з'їдене і випорожнюють неперетравлені рештки їжі. Таким чином бегемоти здобрюють водойми великою кількістю органічної матерії та поживних речовин. Але разом із цими речовинами у середовище виділяється величезна кількість кишкових мікроорганізмів, які допомагають тваринам засвоювати їжу та забезпечують необхідними поживними речовинами. За великого скупчення бегемотів, через велику кількість виділеної ними органіки, у водоймах поблизу бегемотів може майже повністю вичерпуватися кисень, що схоже на умови у кишківнику. Через це науковці Єльського університету, Мічиганського університету та Національних музеїв Кенії з колегами припустили, що кишкові мікроби бегемотів можуть виживати у безкисневих водоймах господарів та навіть існувати як система метакишківника (meta-gut system), впливаючи на довкілля та слугуючи резервуаром кишкових мікробів.

Яким чином перевіряли свою гіпотезу науковці?

Дослідження провели в екосистемі Серенгеті-Мара у Кенії, через яку протікає річка Мара. На території проживає понад чотири тисячі бегемотів, поширених у близько 170 природних водних об'єктах.

Автори нової роботи зібрали та проаналізували зразки фекалій десяти бегемотів, які населяли водойми: як багаті киснем, так і майже безкисневі через значне здобрення бегемотами, а також проміжні за цим показником. Так науковці з'ясовували профіль кишкового мікробіому тварин, а відтак зіставили його із результатами вивченням мікробного складу та біогеохімічних показників різних шарів води самих водойм. Додатково вчені провели експеримент у лабораторії, змоделювавши роль кишкового мікробіому бегемотів у змінах мікробного угруповання та біохімічних процесів водойм, що їх населяють ці тварини.

До чого призвело дослідження?

Вивчення бегемотового кишкового мікробіому показало, що у різних особин досить подібне кишкове біорізноманіття. Домінантними були бактерії Macellibacteroides, Acinetobacter, Bacteroides та Lysinibacillus.

Мікробний склад різних шарів води сильно відрізнявся у водоймах, у залежності від того, який внесок органіки в них роблять бегемоти. Але мікробні угруповання із найбільш здобрюваних бегемотами частин водойм найбільше були схожими на кишковий мікробіом тварин. Усього донна вода у таких місцях поділяла із мікробіомом кишківника бегемотів мікробів 87 таксонів, які активно функціонували (для порівняння, вище за течією спільними були лише 11 таксонів). Найбільша їх кількість належить до Firmicutes та Bacteroidetes. Із них найбільше перекриття було властиве облігатним анаеробним бактеріям Clostridia та Macellibacteroides, із якими також позитивно корелювали такі показники води як біохімічна потреба кисню, вміст СО2, СН4, розчинений органічний вуглець та H2S, серед інших. Моделювання ролі мікробіому в біохімічних процесах водойм дало подібні результати, вказуючи, що кишкові мікроби бегемотів можуть спричиняти вагомі зміни у показниках води, які впливають і на інші організми.

а) Вісім найбільш поширених таксонів кишкових мікробів бегемотів. b) Діаграма перекриття активний мікробних таксонів у нижньому шарі води, вище за течією та в кишківнику бегемотів. с) Пропорції 87 таксонів мікробів, спільних для нижнього шару води та кишківника бегемотів. Christopher L. Dutton et al. / Scientific Reports, 2021

а) Вісім найбільш поширених таксонів кишкових мікробів бегемотів. b) Діаграма перекриття активний мікробних таксонів у нижньому шарі води, вище за течією та в кишківнику бегемотів. с) Пропорції 87 таксонів мікробів, спільних для нижнього шару води та кишківника бегемотів. Christopher L. Dutton et al. / Scientific Reports, 2021

Автори вважають свої результати свідченням на користь концепції метакишківника, за якої кишкові мікроби продовжують виконувати свої функції і поза тілом господаря. Таким чином їхня роль у водоймах виходить за межі лише здобрювання поживними речовинами. Оскільки в організмі бегемотів мікроби виконують такі важливі функції як синтез амінокислот, вітамінів, жирних кислот та метаболізм вуглеводів, то у воді вони можуть забезпечувати цими речовинами та функціями інших організмів, зокрема, колонізуючи їхні кишківники. Але які саме наслідки має внесок мікробів бегемотів у водойми для цілої екосистеми, слід дослідити ще в наступних роботах. Автори вважають, що такий самий вплив на довкілля можуть мати й інші тварини, які збираються щільними групами, особливо у водних середовищах.