«Если у вас в кишечнике много бактерий, он может быть довольно тяжелым и отнимать у вас ресурсы», – говорит Холли Лутц, научный сотрудник Чикагского полевого музея и научный сотрудник Калифорнийского университета в Сан-Диего. "Так что, если вы животное, у которого действительно высокие энергетические потребности, скажем, из-за того, что вы летите, вы не сможете позволить себе носить с собой все эти бактерии, и вы не сможете позволить себе кормить их или бороться с ними. их."
«Когда мы только начали этот проект, я подумал, что имеет смысл увидеть похожие ассоциации между животными и их кишечными микробами, когда животные будут придерживаться схожей диеты. Наша идея «пирога в небе» заключалась в том, что полет может наложить аналогичный тип отбора на то, какие микробы являются хозяевами животных. Что было шокирующим, так это то, что мы не обнаружили, что у птиц и летучих мышей общий микробиом как таковой, а скорее, что у обоих нет определенных отношений с микробами », – говорит Се Джин Сон, соавтор исследования из Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Чтобы выяснить взаимосвязь между микробиомами кишечника и этими совершенно разными видами, Лутц и ее коллеги взялись за дело: проанализировали образцы фекалий около 900 видов животных с позвоночником – первое исследование такого рода, в котором анализировались как млекопитающие, так и птицы. микробное разнообразие в глобальном масштабе.
Это была большая совместная работа, в которой приняли участие исследователи, музейные коллекции и директора зоопарков со всего мира.
Подобно тому, что вы видели в фильме об Индиане Джонсе, Лутц рискнул войти в темные недра удаленных пещер Уганды и Кении с фонариком на буксире и взобрался на скалистые стены, чтобы собрать образцы африканских летучих мышей.
После того, как все образцы были собраны, ученые использовали высокопроизводительное генетическое секвенирование для их обработки. ДНК была извлечена из отдельных клеток с использованием специальных детергентов и методов фильтрации, после чего ученые могли нацелить определенный ген, общий для всех бактерий, чтобы «штрих-кодировать» бактериальные сообщества, присутствующие в каждом образце.
Путем объединения образцов от отдельных хозяев – так называемых «библиотек» – они затем смогли объединить образцы в последовательность и провести широкие сравнения, которые легли в основу исследования.
Ученые ожидали, что микробиомы кишечника выстроятся в соответствии с генеалогическими деревьями животных, в которых они живут. В целом, животные, которые тесно связаны друг с другом, имеют схожие микробиомы кишечника, потому что они развивались вместе – закономерность, которую ученые называют филосимбиозом.
Вот почему они были удивлены, увидев, что микробиомы кишечника летучих мышей имеют мало общего с их собратьями-млекопитающими.
Микробиомы кишечника летучих мышей были больше похожи на микробиомы птиц, чем у любой другой группы. Вывод?
Что у птиц и летучих мышей нет особой взаимосвязи между тем, насколько близки виды и насколько похожи их микробиомы.
Связь между птицами и летучими мышами не в их предках, а в их образе жизни. Птицы и летучие мыши очень разные и только отдаленно связаны между собой, но они оба независимо развили способность летать. У Лутца есть предчувствие, что птицы и летучие мыши должны быть легкими для полета, изменило их кишки.
Их кишечные тракты намного короче, чем у наземных млекопитающих сопоставимого размера, и содержат гораздо меньше бактерий, что дает летающим животным меньше вещей, которые нужно таскать. Также существует вероятность, что их кишечник не обеспечивает бактерии необходимой пищей для поддержания симбиотического (взаимовыгодного) обмена, который сделал бы жизнь там полезной для бактерий.
Помимо того, что кишечник короче и меньше бактерий, бактерии, которые есть у птиц и летучих мышей, как правило, сильно различаются. Для всех групп млекопитающих, кроме летучих мышей, были видимые образцы определенных бактерий, обнаруженных в близкородственных группах.
Однако у птиц и летучих мышей вы видите все типы отдельных бактерий, разбросанных почти беспорядочно. «Это похоже на то, как будто они просто собирают то, что вокруг них, и им на самом деле не нужны их микробы, чтобы помочь им так, как мы», – говорит Лутц.
Ученые надеются, что узнав больше о нюансах микробиома других животных, мы сможем больше узнать о нашем собственном. Виды, которые не так сильно полагаются на микробиомы кишечника, могут дать особую информацию. «Если мы когда-либо оказываемся в какой-то экстремальной ситуации, когда нарушаем наш микробиом, есть кое-что, чему мы можем научиться у животных, которым не так сильно нужны их микробиомы», – размышляет Лутц.
Лутц отмечает, что это открытие было бы невозможно без музейных коллекций со всего мира. Образцы кишок птиц и летучих мышей, спрятанные в криогенных камерах, заполненных жидким азотом в Ресурсном центре коллекций Полевого музея, были извлечены, чтобы помочь предоставить обширные образцы, необходимые для исследования такого размера.
"Объем этой статьи – с точки зрения видов, которые мы отобрали, – действительно впечатляет. Разнообразие сотрудников, которые объединились, чтобы провести это исследование, показывает, сколь многого мы можем достичь, если протянем руку и установим такое масштабное межведомственное сотрудничество ", – говорит Лутц.