Микробиом кишечника жирафов, состоящий из разнообразных бактерий и грибков, в значительной степени определяется видом жирафа — а не тем, что он ест.
Группа диких сетчатых жирафов (Giraffa reticulata).
Недавно мне попалось исследование, которое меня удивило: в нём сообщается, что микробиом кишечника жирафа в основном определяется его видом, а не диетой. Эти выводы подчёркивают неожиданное расхождение между рационом и составом кишечной флоры. Это поразительно, поскольку жирафы, как жвачные животные, полностью зависят от своего микробиома для расщепления растительного материала, который они потребляют. Таким образом, результаты этого исследования меняют фундамент нашего понимания взаимодействия между организмом-хозяином и микробами.
Как учёные это выяснили?
Чтобы определить, какие растения и бактерии присутствуют в фекалиях жирафов, команда использовала полевые исследования в сочетании с методом метабаркодинга ДНК — для изучения как бактериального состава микробиома кишечника жирафов, так и того, какие растения они ели.
Метабаркодинг ДНК — это экономичный метод идентификации множества видов в смешанном образце, например, в фекалиях, с использованием высокопроизводительного секвенирования.
«Жирафы — самые крупные жвачные животные в мире, но, как ни странно, мы очень мало знаем о их микробиомах и о том, как эти микробные сообщества способствуют их питанию и общему здоровью», — сказала ведущая автор исследования, эволюционный микробиолог Элин Видевалл, которая в настоящее время возглавляет исследовательскую группу по изучению рациона диких животных и микробиомов в Университете Уппсалы.
Какова была основная цель исследования?
«Учитывая, что жвачные полностью зависят от своих микробов в расщеплении растительной пищи, мы хотели выяснить, влияет ли различие в рационе у разных видов жирафов на их микробиомы — или же другие факторы играют более важную роль», — пояснила мне по электронной почте доктор Видевалл.
Доктор Видевалл и её коллеги обнаружили, что, несмотря на потребление большого разнообразия растений с течением времени, микробиомы жирафов оставались удивительно схожими внутри одного вида.
«Мы ожидали, что жирафы с похожими рационами будут иметь и схожие микробиомы, но не нашли такого соответствия», — сообщила доктор Видевалл. — «Вместо этого мы увидели, что у жирафов сохраняются видоспецифичные микробиомы, даже когда особи одного и того же вида могут питаться совершенно разными наборами растений».
География сильно влияет на рацион жирафов
Доктор Видевалл и её коллеги установили, что хотя жирафы питаются в пределах своей местности, не выявлено стабильной связи между рационом и составом или разнообразием микробиома.
«Наши результаты не подтверждают вывод о том, что микробиом конкретного жирафа нечувствителен к изменениям в его рационе», — сказал старший автор исследования, биолог-эколог и профессор Тайлер Картзинел из кафедры экологии, эволюции и биологии организмов Брауновского университета. Профессор Картзинел был научным руководителем доктора Видевалл во время проведения этого исследования.
«Скорее, мы обнаружили, что обычное разнообразие взаимодействий между хозяином и микробиомом в этих популяциях в значительной степени определяется видом-хозяином и популяцией, к которой он принадлежит».
Это исследование предполагает, что эволюция кишечной флоры у жирафов может быть более сложной, чем предполагалось ранее, и что это микробное сообщество может формироваться долгосрочными эволюционными процессами, выходящими за рамки питания.
«Я ожидал найти более сильную связь между рационом и микробиомом, когда мы начинали это исследование», — отметил профессор Картзинел в письме, — «[но] имеющиеся у нас данные свидетельствуют о том, что жирафы могут поддерживать “нормальные” микробиомы в самых разных условиях среды и при различных источниках пищи».
Доктор Видевалл, профессор Картзинел и их коллеги также обнаружили, что большинство основных групп бактерий, обитающих в кишечнике трёх изученных видов жирафов, схожи, что отражает их недавнее эволюционное расхождение.
«Даже большинство “штаммов” бактерий, которые мы выявили методом ДНК, были общими хотя бы для двух видов», — сообщил профессор Картзинел в письме. — «Эти закономерности согласуются с данными о том, что виды жирафов относительно недавно разделились в ходе эволюции и что они обитают в разных местах и питаются разной пищей».
Кроме того, доктор Видевалл, профессор Картзинел и их соавторы выяснили, что по крайней мере некоторые бактерии в кишечнике жирафов схожи с теми, что обнаруживаются у других жвачных — коров и овец.
«Отмечу, для всех интересующихся микробиомами: жирафы — крупнейшие жвачные в мире. Их вся пищеварительная система неразрывно связана с работой кишечной флоры — точно так же, как у коров и овец», — пояснил профессор Картзинел. — «Можно с уверенностью сказать, что в этом гигантском кишечнике обитает удивительный и чрезвычайно разнообразный мир бактерий, и потенциал для новых открытий здесь трудно переоценить».
Что вас больше всего удивило в результатах этого исследования?
«Меня действительно поразило то, насколько различается рацион жирафов из разных популяций — даже когда мы сравнивали популяции одного и того же вида, — так что я всё больше задаюсь вопросом не о том, что делает их микробиомы такими разными при схожем питании, а о том, почему их микробиомы настолько схожи при таком различии в диете», — ответил профессор Картзинел по электронной почте.
«Микробиомы кишечника часто связывают с рационом, ведь они в конечном счёте отвечают за расщепление пищи, которую едят жирафы — они словно двигатель их пищеварения — так что мы хотели рассмотреть любые возможные связи, которые могли бы оказаться важными для природоохранного планирования».
Короче говоря, жирафы питаются разнообразными деревьями и кустарниками, которые не только обеспечивают питательную ценность, но и могут служить «голодной пищей» — то есть такой, которую жирафы не особо предпочитают, но на которую могут опереться во времена экологических потрясений, таких как недавняя мегазасуха в регионе.
«Изучение их микробиомов может также пролить свет на то, как виды адаптируются к различным условиям среды и рациону, что крайне важно для охраны природы, особенно на фоне изменения среды обитания», — добавила доктор Видевалл.
Микробиомы могут играть важную роль в планировании охраны жирафов
Тем, кто следит за природоохранной ситуацией жирафов, известно, что они балансируют на грани «тихого вымирания» — их популяции стремительно сокращаются, но их тревожное положение часто остаётся без внимания, хотя профессор Картзинел, доктор Видевалл и их коллеги прилагают усилия, чтобы это изменить.
«Моя группа известна тем, что работает с НКО и государственными органами по приоритетам исследований, способствующим сохранению природы на практике», — отметил профессор Картзинел.
«Это заметные животные, прекрасно приспособленные к своей среде, но до сих пор так мало изученные: их долго считали одним широко распространённым видом, хотя недавние исследования указывают на существование как минимум четырёх генетически различающихся видов [подробнее читайте здесь], каждый из которых заслуживает охраны», — продолжил он. — «Три из этих видов обитают в южной части Кении, что даёт уникальную возможность понять их различия и возможные особые потребности».
Поскольку все три изучаемых вида находятся под угрозой исчезновения, любые данные об их питании являются ценной информацией, особенно при планировании, какие территории необходимо сохранять, чтобы обеспечить им доступ к питательным кормовым растениям.
«Мы начали это исследование как международное сотрудничество между учёными и природоохранными специалистами. Мы надеемся, что наши данные дадут лучшее представление о питании жирафов и помогут в их охране», — подвёл итог профессор Картзинел.
В исследовании также участвовали следующие партнёры: Фонд охраны жирафов (Giraffe Conservation Foundation) — НПО, полностью посвящённая охране жирафов, Исследовательский центр Мпала — совместная инициатива США и Кении, занимающаяся полевыми исследованиями по вопросам охраны природы, изменения климата, биоразнообразия, геномики, экологии, сельского хозяйства, взаимодействия человека и дикой природы и здравоохранения, а также Восточноафриканский гербарий, в котором хранится крупнейшая в тропической Африке ботаническая коллекция.
Если вы хотите читать больше интересных историй, подпишитесь на наш телеграм канал: https://t.me/deep_cosmos