Myrer i Amazonas regnskoven har langt flere bakterier i deres tarme end jordbeboere

UC San Diego Center for Microbiome Innovation (CMI) forskere og kolleger på østkysten har for første gang kvantificeret antallet af bakterier i tarmene hos en bred vifte af myrearter i Amazonas regnskoven. De fandt ud af, at de primært planteædende myrer, der lever i baldakinen, har størrelsesordener flere bakterier end dem, der lever på jorden. Arbejdet har betydning for den måde, mikrobiomundersøgelser udføres på. Forfatterne offentliggjorde undersøgelsen den 27. juli i Integrativ og komparativ biologi .

Da tropiske entomologer begyndte systematiske undersøgelser af leddyrs biomasse i regnskovens baldakiner, de var overraskede over at opdage, at myrer udgjorde størstedelen af ​​det. Problemet var centreret omkring en tilsyneladende inversion af det klassiske terrestriske økosystem biomassepyramide:myrer blev formodet at være rovdyr, alligevel opvejede de deres potentielle bytte.

Dette biomasse "paradoks" blev delvist løst i 2003, da forskere fandt beviser for, at de fleste myrer, der lever i regnskoven, er planteædere, der lever af plante-afledt væske som saft og nektar-men det præsenterede et andet dilemma:nitrogen, et nødvendigt biologisk næringsstof, er begrænset i disse ressourcer. Hvordan får disse planteædende kronmyrer nok nitrogen til at dyrke deres kolonier?

"Det er kendt, at insekter med ubalancerede kostvaner ofte er afhængige af bakterielle symbioser for at supplere deres ernæringsmæssige krav, "sagde Jon Sanders, hovedforfatteren på papiret og postdoc i CMI fakultetsdirektør Rob Knights laboratorium, som er i UC San Diego School of Medicine. Faktisk, tømrermyrens Blochmannia-bakterier var blandt de første bakterier, der blev opdaget i et symbiotisk forhold til deres vært, og ser ud til at spille en rolle i opgradering eller genanvendelse af nitrogen, sagde Sanders.

"100 år efter denne opdagelse, det blev fundet, at specialiserede ekstracellulære bakterier bebor de morfologisk udviklede tarme af den nye verdens trælevende slægt Cephalotes - almindeligt navn 'skildpaddemyrer', også for nylig blevet berømt for deres svæveevner, sagde Sanders, der udgav et papir om udviklingen af ​​disse bakterier i 2014. "Vi ved, de er der - det koncept er ikke nyt."

Men det nye er måden, denne undersøgelse blev udført på - ved hjælp af kvantitative, snarere end kvalitativ, metoder til at forstå, hvor mange af dem der er, og den biologiske betydning af deres tilstedeværelse.

Nuværende sekventeringsteknikker starter næsten altid med et amplifikationstrin, hvor det originale template-DNA kopieres mange gange. De resulterende biblioteker bevarer næsten ingen oplysninger om antallet af bakterier, der var til stede til at begynde med.

"Forstærkningstrinnet kan være genstand for kontaminering, især for prøver som myrer, der har meget lave start-DNA-koncentrationer, " sagde Sanders. "Selv i fravær af forurening, de biologiske konsekvenser af bakteriesamfund med meget lav densitet vil sandsynligvis være væsentligt anderledes end for meget rigelige symbionter. Uden yderligere information om absolut overflod, det kan være svært at drage meningsfulde biologiske konklusioner fra mangfoldighed."

Sanders og hans team brugte to uafhængige metoder - kvantitativ PCR (qPCR) og fluorescensmikroskopi, hvilket indebar at bære et 60 lb mikroskop gennem Amazonas - for at vurdere den absolutte overflod af bakterieceller.

Det, de fandt, var overraskende - de planteædende myrer, der lever i baldakinen, har tre til fire størrelsesordener flere bakterier i deres tarm end jordlevende myrer.

Skaleret til menneskelig størrelse, det er omtrent på størrelse med en to-liters flaske sodavand. Forholdsvis, Jordboende myrer indeholder nok bakterier til at svare til størrelsen af ​​en ristet kaffebønne.

"Dette indikerer, at de spiller en vigtig rolle, " sagde Sanders. "Det har formentlig at gøre med at opretholde store næringsstofstrømme."

Mærkeligt nok, imidlertid, forskerne så ikke de samme bakterier til stede i alle planteædende slægter-så hvorfor har baldakinboende myrer brug for så mange bakterier i deres tarm, og hvorfor virker det ikke lige meget hvilke? Og hvordan opstod disse forhold? Videnskaben vil fortælle, siger Sanders.

"Vi tænker typisk på et mikrobiom som noget, et dyr har, " sagde Sanders. "Men jeg tror, ​​vi er ved at lære, at hvad det vil sige at have et mikrobiom er kategorisk forskelligt blandt dyr, og at absolutte overflodsdata er nødvendige for at forstå dets biologiske betydning."