Keine Mikroben? Kein Problem für Raupen

Leimringe gegen Frostspanner (April 2019).

Anonim

Das Mikrobiom scheint allgegenwärtig zu sein: Menschen und viele andere Spezies verlassen sich auf Milliarden winziger Organismen in ihrem Darm, um die Verdauung, den Stoffwechsel und andere Funktionen zu unterstützen. Jetzt stellen Wissenschaftler der Universität von Colorado Boulder die Idee in Frage, dass das Mikrobiom universell unter Tieren ist.

Raupen haben viel weniger Bakterien und Pilze, die ihren Darm bewohnen als andere Tiere, und die Mikroben, die in ihnen sind, scheinen keine erkennbare Rolle zu haben, abgesehen davon, dass sie gelegentlich Krankheiten verursachen. Die überraschenden Ergebnisse zeigen, dass diese vielfältige Gruppe von Insekten möglicherweise keine Mikroben benötigt und zu neuen Entdeckungen über das Ausmaß und die Rolle von mikrobiellen Lebensgemeinschaften bei Tieren führen könnte.

Die Ergebnisse wurden heute in der Zeitschrift Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlicht.

"Im Bereich der Mikrobiome gibt es die vorherrschende Annahme, dass alle Tiere ein residentes Mikrobiom haben", sagte Tobin Hammer, Doktorand in der Abteilung für Ökologie und Evolutionsbiologie an der CU Boulder. "Als ich mit dem Projekt angefangen habe, habe ich nicht erwartet, dass es so wird."

Hammer war neugierig auf die Rolle von Mikroben in Raupen. Die Ordnung Lepidoptera mit rund 180.000 Arten von Schmetterlingen und Falter ist gut untersucht, aber die Wissenschaftler waren sich nicht sicher, ob Raupen irgendwelche mikrobiellen Partner haben. Solche Symbionten sind in Pflanzenfressern üblich. die oft Hilfe brauchen, um zähe, faserige Pflanzen zu verdauen. Hammer dachte, dass auch pflanzenfressende Raupen Gastgeber einer Gemeinschaft von Bakterien und Pilzen sein könnten.

Hammer und seine Mitarbeiter sammelten Kotproben von Raupen in Colorado, Arizona, New Hampshire, Massachusetts und Costa Rica. Sie extrahierten DNA aus diesem Kot und aus einem Blatt der Pflanze, an der die Raupe kaute. Die Wissenschaftler verwendeten auch den Kot anderer Tiere zum Vergleich, einschließlich Proben, die an Feldstandorten und im Labor gefunden wurden.

Im Vergleich zu den anderen Tieren hatten Raupen etwa 50.000 Mal weniger Mikroben. Wenn menschliche Eingeweide wie ein Regenwald in Bezug auf die mikrobielle Fülle sind, sagte Hammer, Raupe Eingeweide sind wie eine Wüste.

Der größte Teil der mikrobiellen DNA, die die Wissenschaftler in den Raupen fanden, passte zu den Mikroben, die auf dem Pflanzenblatt gefunden wurden, was darauf hindeutet, dass die Mikroben größtenteils aus ihrer Umgebung aufgenommen wurden. Im Gegensatz dazu beherbergen andere Tiere mikrobielle Gemeinschaften, die sich deutlich von ihrer Umgebung unterscheiden.

Um zu sehen, ob die spärlichen Mikroben im Raupeneingeweide eine Rolle spielten, führten die Wissenschaftler ein zweites Experiment durch. Sie hoben Raupen in Plastiktüten und besprühten ihre Nahrung mit Antibiotika, um alles zu töten, was in ihren Eingeweiden lebte. Die mit Antibiotika gefütterten Raupen wuchsen und entwickelten sich ungehindert zu erwachsenen Tieren, scheinbar unbeeinträchtigt durch den Mangel an Mikroben. Bei anderen Insekten haben ähnliche Experimente das Wachstum und den Tod beeinträchtigt.

"Raupen operieren grundsätzlich anders als viele andere Tiere", sagte Hammer.

Die Forschung deutet darauf hin, dass es möglicherweise Kompromisse für das Hosting eines Mikrobioms gibt. Mikroben können Nährstoffe von ihrem Wirt ableiten und sich von Verbündeten zu Krankheitserregern entwickeln. Sie können ihren Gastgeber auch verwundbar machen. Wenn beispielsweise Raupen auf Mikroben angewiesen wären, könnte es möglich sein, Darmsymbionten in pflanzenzerstörenden Raupen mit speziellen Pestiziden zu bekämpfen. Die Raupe, mit ihrem einfachen Lebensstil des kontinuierlichen Essens, könnte einfach nicht von irgendwelchen Mikroben profitieren.

Während es einige Hinweise gibt, dass Schmetterlinge mehr Mikroben als Raupen haben, ist der Nutzen für den Schmetterling noch unklar. Hammer plant, diese Beziehung in der Zukunft zu untersuchen und hofft, dass die Ergebnisse zu mehr Entdeckungen von einzigartigen oder fehlenden Mikrobiomen führen werden. Er spekuliert, dass andere Forscher in der Vergangenheit ähnliche Ergebnisse gefunden haben, sie aber nicht gemeldet haben und sie für ungenau gehalten haben.

Im weiteren Sinne drängt die Forschung Wissenschaftler dazu, die Kosten und den Nutzen eines Mikrobioms zu betrachten und warum ein Organismus eine mikrobielle Gemeinschaft annehmen könnte.

"Ich denke, es wird uns ermutigen, darüber nachzudenken, wie vielfältig diese tierisch-mikrobiellen Assoziationen wirklich sind", sagte Hammer.

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