Кишечник сахарных жуков разделен на участки, в которых разные популяции микробов предпринимают разные шаги в деградации древесины - модель для биотехнологических процессов
Питающиеся деревом насекомые обязаны своим рационом сожительству со специальными микробами в кишечнике.
Американские биологи сообщают, что сахарные жуки постепенно разлагают гнилую древесину в отдельных отделах кишечника, в каждом из которых обитают микробы разных типов.
Вся кишка жука сопоставима с биоперерабатывающим заводом, в котором микробы в последовательных реакционных камерах расщепляют древесные компоненты, целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин, на строительные блоки сахара и даже более мелкие молекулы.
Некоторые из этих продуктов непосредственно используются животными в качестве энергии и строительных материалов для создания собственных веществ организма. Остальная часть выводится и служит для питания личинок. Личинки жуков зависят от этого питания, так как кишечный микробиом в них еще не развит,
В свою очередь точное изучение кишечника может помочь оптимизировать биотехнологические установки для производства энергии и химического сырья из древесины.
Эоин Броди из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли в Беркли, руководитель исследовательской группы говорит:
«Мы обнаружили, что кишечник жука состоит из специальных секций с различными микробными популяциями, которые тесно взаимодействуют - почти как заводской цех»
Ключевым нововведением в развитии этого процесса было объединение биохимических реакций, которые несовместимы, потому что они происходят в богатых кислородом средах. Таким образом, повышенная концентрация кислорода в средней кишке является предпосылкой расщепления целлюлозы и окисления лигнина.
Более толстая кишечная стенка последующего кишечного разреза уменьшает содержание кислорода и позволяет производить водород путем ферментации.
Исследователи определили спектр видов и метаболическую активность бактерий для каждого из четырех кишечных срезов американского сахарного жука (Odontotaenius disjunctus). Используя несколько химических методов, они проанализировали все продукты распада древесины, которые выделялись с калом. В задней части кишечника микробы превращают промежуточные сахара в уксусную кислоту, водород, этанол и метан.
В целом, продукты, богатые энергией, очень эффективно производятся из растительной биомассы. Удивительно, но содержание азота в помете жука было значительно выше, чем в потребляемой древесине.
По-видимому, в кишечнике также содержатся микробы в области низкого содержания кислорода, которые могут преобразовывать атмосферный азот в органические соединения, такие как аминокислоты.
Фекалии взрослых жуков все еще содержат питательные вещества, которые поглощаются личинками.
Эти насекомые живут небольшими группами в гнилых стволах деревьев и дают потомство. С калом, личинки также принимают соответствующие кишечные микробы, которые постоянно колонизируют различные кишечные срезы после завершения развития кишечника.
Как и термиты, поедающие древесину, сахарные жуки также играют важную роль в экосистеме, участвуя в добыче сухостойной древесины и, следовательно, в естественном материальном цикле. Каждый день сахарный жук размером всего три сантиметра съедает гнилого дерева в четыре раза больше, чем его собственный вес.