Как кишечные микробы помогают лесным хомякам питаться растениями

Лесные хомяки — североамериканские грызуны, среди которых есть виды, питающиеся растениями с защитными химическими веществами. Переносить такую пищу им помогает не только собственный организм. Исследования показали участие кишечных микробов, но эта помощь зависит от вещества, вида животного и состава микробного сообщества.

Микробы живут в разных отделах

В исследовании две тысячи четырнадцатого года учёные изучили, где в пищеварительном тракте лесных хомяков находятся микроорганизмы. Они измеряли размеры отделов, кислотность, плотность бактерий, содержание продуктов их обмена и время прохождения пищи. Дополнительно сравнивали состав бактериальных сообществ по их генетическим признакам.

Плотное микробное сообщество обнаружили не только в задних отделах кишечника, но и в передней камере желудка. По плотности бактерий и содержанию определённых продуктов обмена оно напоминало сообщества рубца жвачных. Такое сходство касается изученных показателей: оно не означает, что желудок грызуна во всём устроен как желудок коровы.

Сообщества разных отделов различались. Даже бактерии помёта не были точной копией бактерий слепой и толстой кишки. Поэтому анализ выделений удобен для наблюдений, но не всегда описывает все внутренние участки. Прежде чем объяснять действие микробов, важно установить, где именно они живут и что там могут делать.

Опыты показали помощь при необычном рационе

В другой работе того же года изучали пустынных лесных хомяков, некоторые популяции которых питаются креозотовым кустарником. Это растение содержит вещества, защищающие его от поедания. Учёные проверяли, связано ли переносимое количество таких веществ с кишечными микроорганизмами.

При поступлении растительных веществ изменялось микробное сообщество. В нём становились сильнее представлены гены, связанные с переработкой токсичных соединений. После нарушения сообщества антибиотиками животные утрачивали прежнюю возможность потреблять изученные вещества. Это отличалось от простого наблюдения, что у питающегося кустарником грызуна обнаружили определённые бактерии: состав сообщества изменяли и проверяли последствие.

Затем микробы от животных, уже знакомых с таким питанием, переносили животным без соответствующего опыта. Получатели могли потреблять больше исследованных веществ. Результат подтверждает помощь микробного сообщества в этих условиях. Он не означает, что любая пересадка бактерий делает любой растительный яд безвредным: проверялись конкретные животные, доноры и компоненты рациона.

Часть бактерий расщепляет оксалат

Отдельное исследование две тысячи четырнадцатого года касалось белогорлых лесных хомяков и оксалата. Оксалат — соединение, которое встречается в растениях и может быть вредным. Эти грызуны способны потреблять значительные количества такого вещества, поэтому исследователи искали бактерии, участвующие в его переработке.

Из содержимого пищеварительного тракта пойманных в природе животных выделяли бактерии и выращивали их отдельно. Более половины выделенных культур заметно расщепляли оксалат в лабораторных условиях. У части бактерий также обнаружили ген, связанный с одним из этапов такого расщепления. Это сочетание сведений о возможном механизме и проверки деятельности выделенных культур.

Потенциально участвующие в переработке бактерии встречались в разных отделах, но особенно много их было в передней камере, куда пища поступает в начале пути. При этом лабораторная культура не равна всему сообществу живого животного. По ней нельзя рассчитать одинаковую защиту от любого количества оксалата у каждого грызуна.

Разные вещества перерабатываются в разных местах

Работа две тысячи восемнадцатого года расширила сравнение. Учёные изучали лесных хомяков, специализирующихся на можжевельнике, и близкий вид, питающийся кактусами. Они измеряли содержание растительных соединений в отделах пищеварительного тракта и сравнивали наборы микробных генов.

По сравнению с пищей содержание оксалата снижалось уже в передней камере. Для терпенов, другой группы растительных веществ, картина отличалась: в передней камере их содержание оставалось высоким, а наименьшим было в слепой кишке. Некоторые гены переработки оксалата и фенольных соединений были сильнее представлены впереди, тогда как большинство изученных генов обезвреживания — в слепой кишке.

Это поддерживает представление о распределённой работе микробов. Разные вещества могут перерабатываться на разных участках, а не в одном универсальном месте. Однако наличие гена показывает возможную функцию и не заменяет измерения скорости каждой реакции. Помощь микробов рассматривают вместе с химическим составом пищи и устройством пищеварительного тракта конкретного вида.