Исследование: особенности кишечной микрофлоры бегемота распространяются далеко за пределами его организма

13:17 02 Декабрь Киев, Украина

Опорожняясь в водоемы, бегемоты уподобляют микробный состав водной среды к своему кишечному микробиому, влияющему на протекание биогеохимических процессов в водоеме, выяснила группа ученых из США и Кении. В частности, бегемоты могут способствовать формированию системы метакишечника, при котором микробы кишечника продолжают выполнять функции вне организма животного и служат резервуаром кишечного микробиома для других животных. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports .

Что это за система метакишечника?

Бегемоты ( Hippopotamus amphibius) — крупные полуводные животные, и они оказывают значительное влияние на свою окружающую среду. Большинство своего времени они проводят в воде, в небольших озерках или у берегов рек, и только ночью выходят на несколько часов в сушу, чтобы поживиться травой. Затем они снова возвращаются к воде, где переваривают съеденное и опорожняют непереваренные остатки пищи. Таким образом, бегемоты удобряют водоемы большим количеством органической материи и питательных веществ. Но вместе с этими веществами в среду выделяется множество кишечных микроорганизмов, которые помогают животным усваивать пищу и обеспечивают необходимыми питательными веществами. При большом скоплении бегемотов из-за большого количества выделенной ими органики в водоемах вблизи бегемотов может почти полностью исчерпываться кислород, что похоже на условия в кишечнике. 

Как проверяли свою гипотезу ученые?

Исследования провели в экосистеме Серенгети-Мара в Кении, через которую протекает река Мара. На территории проживает более четырех тысяч бегемотов, распространенных в около 170 природных водных объектах.

Авторы новой работы собрали и проанализировали образцы фекалий десяти бегемотов, населявших водоемы: как богатые кислородом, так и почти бескислородные из-за значительного удобрения бегемотами, а также промежуточные по этому показателю. Так ученые выясняли профиль кишечного микробиома животных, а затем сопоставили его с результатами изучением микробного состава и биогеохимических показателей разных слоев воды самих водоемов. Дополнительно ученые провели эксперимент в лаборатории, смоделировав роль кишечного микробиома бегемотов в изменениях микробной группировки и биохимических процессов водоемов, населяемых этими животными.

К чему привело исследование?

Изучение бегемотового кишечного микробиома показало, что у разных особей достаточно подобное кишечное биоразнообразие. Доминантными были бактерии Macellibacteroides , Acinetobacter , Bacteroides и Lysinibacillus .

Микробный состав разных слоев воды сильно отличался в водоемах, в зависимости от того, какой вклад органики в них вносят бегемоты. Но микробные группировки из наиболее удобренных бегемотами частей водоемов больше всего походили на кишечный микробиом животных. Всего донная вода в таких местах разделяла с микробиомом кишечника бегемотов микробов 87 таксонов, активно функционировавших (для сравнения, выше по течению общими были только 11 таксонов). Наибольшее их количество принадлежит к Firmicutes и Bacteroidetes. Из них наибольшее перекрытие было присуще облигатным анаэробным бактериям Clostridia и Macellibacteroides, с которыми также положительно коррелировали такие показатели воды, как биохимическая потребность кислорода, содержание СО2, СН4, растворенный органический углерод и H2S, среди прочих. Моделирование роли микробиома в биохимических процессах водоемов дало подобные результаты, указывая, что кишечные микробы бегемотов могут вызвать весомые изменения в показателях воды, которые влияют и на другие организмы.
 
Фото: а) Восемь наиболее распространенных таксонов кишечных бегемотов. b) Диаграмма перекрытия активных микробных таксонов в нижнем слое воды выше по течению и в кишечнике бегемотов. с) Пропорции 87 таксонов микробов, общих для нижнего слоя воды и кишечника бегемотов. Christopher L. Dutton et al. / Scientific Reports, 2021
 
 
Авторы считают свои результаты свидетельством в пользу концепции метакишечника, при которой кишечные микробы продолжают выполнять свои функции и вне тела хозяина. Таким образом, их роль в водоемах выходит за пределы только удобрения питательными веществами. Поскольку в организме бегемотов микробы выполняют такие важные функции, как синтез аминокислот, витаминов, жирных кислот и метаболизм углеводов, то в воде они могут снабжать этими веществами и функциями других организмов, в частности, колонизируя их кишечники. Но какие последствия имеет вклад микробов бегемотов в водоемы для целой экосистемы, следует исследовать еще в последующих работах. Авторы считают, что такое же влияние на окружающую среду могут оказать и другие животные, собираемые плотными группами, особенно в водных средах.