Határok a fiatal elmék számára

Szerzők és lektorok

Szerzői

Matthew D. Tietbohl

Matt először Jamaica dagályos zónájában találta meg a sziklákat felemelő tenger iránti szeretetét, és azóta alig nézett vissza. Matt mindig is lenyűgözte a tenger felszínén található fajok és formák sokféleségét. A szabadban töltött idő szeretetével és a véget nem érő kíváncsisággal kombinálva találta magát mesterképzésben, majd Ph.D.-ben. Szaúd-Arábiában, a Vörös-tengert tanulmányozva. Nagyon örül, hogy többet tudhat meg a növényevő zátonyhalakról és az izgalmas új technikákról, hogy jobban megértse, hogyan használják és segítik a korallzátonyokat szerte a világon. *[email protected]

hasi

David Kamanda Ngugi

Dr. David Kamanda Ngugi mikrobaökológus, különös tekintettel a tengeri ökoszisztémákra. Leginkább az élvonalbeli technikák felhasználásával érdekli az óceán „ritka” mikrobáinak evolúciós adaptációit és szerepeit. Dr. Ngugi mikrobákat tanulmányozott a világ minden tájáról, Kenyától kezdve Szaúd-Arábiáig, Németországig és még sok más helyen. Munkája a mikrobák tápanyag-körforgásban, extrém környezetekben és bélrendszerekben, például a növényevő halakban betöltött szerepekre vonatkozó legfontosabb információk tanítására irányul.!

Michael L. Berumen

Dr. Michael Berumen először kifejlesztette a víz alatti élet iránti szeretetét, miközben az amerikai Arkansas-i tavak és folyók köré fonódott. Pillangóhalakat tanulmányozott az ausztráliai Nagy-korallzátonyon, majd tanulmányait a korallzátonyi halak mozgására és összekapcsolhatóságára összpontosította. Most Szaúd-Arábiában dolgozik, ahol laboratóriuma nemcsak a halak mozgását tanulmányozza, hanem az ökológia és a biodiverzitás sok más izgalmas aspektusát is. Ahogy Mike elmondja minden tanítványának, mindig van valami izgalmas tanulnivaló minden tengeren tett kiránduláson!

Fiatal Lektorok

Konstantin

Kalinigradból, Oroszországból származom. Van egy nővérem, aki 1 éves. Szeretek programozni és sznorkelezni. Kedvenc ételem a nigiri. Öt országban jártam.

Alana

A nevem Alana és szeretek mindenféle könyvet olvasni és rajzolni. Kedvenc színem a kék, és kedvenc állatom nagyon gyakran változik. A kedvenc könyvszereplőm Percy Jackson.

Lilian

Szia, a nevem Lili! 11 éves vagyok, és a coloradói Denverből származom az államokból. Szeretek olvasni, főleg Percy Jackson. Remélem tetszik a cikkünk.

Idhant

Szia. Szeretek utazni. Szeretem a Legót is. Körülbelül egy éve élek Franciaországban. Szeretek fényképezni. Indiából származom. Szeretek olvasni, a tudományt és az élővilágot. Oké. Viszlát.

Shirhan

Szia, Shirhan vagyok, Bostonban nőttem fel. Szeretek sok könyvet olvasni, főleg a Tűz szárnyát, és remélem, hogy tetszik a cikkünk!

Absztrakt

Minden állat egyedülálló mikrobaközösségre támaszkodik az étel emésztésében. Különösen igaz ez a növényeket fogyasztó állatokra, amelyeknek a bélbaktériumok - más néven mikrobák - összetett keverékére van szükségük ahhoz, hogy megemésztessék az elfogyasztott kemény növényi anyagokat. Ami azonban a tengeren élő növényevő állatokat illeti, mint néhány hal, sokkal kevesebbet tudunk arról, hogy a mikrobák milyen szerepet játszanak az élelmiszerek emésztésében. A tengeri algák, ismertebb nevén tengeri moszatok sok szempontból nem különböznek a szárazföldi növényektől, így a növényevő halfajok valószínűleg egyedülálló módon emészthetik meg őket. Ezért megvizsgáltuk a Vörös-tenger több növényevő halának bélmikrobáit, hogy lássuk, miként segítik a halak megemészteni az algákat. Meglepő módon azt tapasztaltuk, hogy bár ezeknek a halaknak egyedülálló bélmikrobaközösségeik vannak, mindegyiket egyfajta óriásbaktérium fajtái alkották, amelyek úgy tűnik, hogy úgy fejlődtek, hogy elősegítsék kedvenc algaik emésztését!

A nyálkás hínár jelentősége

Mit gondol, amikor meghallja a tengeri moszat szót? Finomnak hangzik számodra? Míg sok ember gondol a tengeri moszatra, amelyet a tudósok tengeri algaként ismernek, egy nyálkás és büdös zöld tömegként gondolkodnak, amelybe a tengerparton vagy a tónál összezavarodnak, sok állat szerint az algák nagyon finomak! Ez különösen igaz a növényevő halakra, más néven növényevő halakra, amelyek megtalálhatók a korallzátonyokon, amelyek különféle algák táplálására specializálódtak. Az algák sokféle formában és méretben kaphatók, az algáktól, amelyek rövid, fűszerű pázsitot képeznek a víz alatti sziklákon, a nagy, kemény bokorszerű formákig. Az algák sok állat számára fontos élőhelyeket képeznek, de a túl sok algák képesek megölni vagy benőni a korallokat. Ez ahhoz vezethet, hogy a korallzátonyok elveszítik azt a komplex szerkezetet, amely lehetővé teszi számukra, hogy fajok ezreit fogadják. Az algákat fogyasztó halak fontos szerepet játszanak, mivel szabályozzák a korallzátonyokon növő algák mennyiségét. Az algák eltávolításakor új teret is létrehoznak, ahol a korallok vagy más állatok letelepedhetnek és növekedhetnek. Az algák elfogyasztásával elősegítik a korallzátonyok egészséges és tiszta eltávolítását a legtöbb algától, ami lehetővé teszi a korallok növekedését és fejlődését, több élőhelyet teremtve más halak és állatok számára!

Van azonban egy nagy probléma, amellyel ezek a növényevő halak algával esznek. Nem könnyű megemészteni! Az algák, mint minden élőlény, sejtekből állnak, és mindegyikük egy bizonyos szerepre szakosodott. Az algák sejtjei összetett, nagy cukorráncokat, ún poliszacharidok (ejtsd: „pol-ee-sack-ah-ride”). A különböző algáknak saját, egyedi összetételük van ezekből a nagy cukorláncokból sejtjeikben (1. ábra). Az algákból származó energia megszerzéséhez a növényevő halaknak le kell bontaniuk ezeket a nagy láncokat. A hal belében olyan molekulák találhatók, amelyek néven ismertek enzimek (gondoljon rájuk mint molekuláris vagy kémiai ollóra), amelyek ezeket a cukorláncokat kisebb részekre bontják, a halak felszívódhatnak a testükben. Ezeknek az enzimeknek sokféle típusa létezik, amelyek úgy működnek, mint egy építőipari csapat különböző dolgozói. Minden enzimnek külön feladata van az algák különböző részeinek lebontásában. Azonban nem minden hal rendelkezik megfelelő típusú enzimekkel az algák lebontására. Tehát hogyan képesek nehezen emészthető algákból tápanyagokat szerezni?

  • 1. ábra - Példák különféle tengeri algákra vagy tengeri moszatokra, beleértve a barna, vörös és zöld típusokat.
  • Az algák mindegyik típusának különböző cukorláncai vannak, ezek poliszacharidokként ismertek, amelyek elősegítik sejtjeik felépítését. Ez azt jelenti, hogy minden halnak speciális típusú enzimekre vagy molekuláris ollóra van szüksége, amelyek segítenek az algák (egyes algák) kisebb tápanyagokra bontásában, amelyek könnyebben emészthetők. Ha nem rendelkeznek megfelelő enzimekkel, akkor nem képesek lebontani algatáplálékukat.

A mikrobák segítenek megemészteni az ételt

A szárazföldön nagyon sokat tudunk arról, hogy a növényevők hogyan tudják megemészteni a növények összetett poliszacharidjait, amelyek szerkezetileg hasonlóak az algákhoz. A legtöbb növényevő apró egyedekre támaszkodik mikrobák amelyek a belükben élnek, hogy lebontsák a növényeket. Ezek a speciális bélmikrobák kifejlesztették azokat az enzimeket, amelyekre szükségük van, hogy energiát nyerjenek az élelmiszerből, és a növényevők, akárcsak a tehenek, bélmikrobájukra támaszkodva bontják le a füvet és az elfogyasztott szénát olyan molekulákká, amelyeket felszívhatnak [1]. A mikrobák valóban fontos szerepet játszanak abban, hogy ezek az állatok energiát kapjanak olyan ételektől, amelyeket önmagukban nem tudtak megenni. Noha sokat tudunk erről a kapcsolatról és a szárazföldi állatokkal való működéséről, a tengeri állatokban való működése nagyrészt ismeretlen. Fontos megismerni, hogy a tengeri állatok, mint a halak, megemésztik táplálékukat, mert ez lehetővé teszi számunkra, hogy jobban megértsük, mit ehetnek és hogyan osztoznak a különböző algafajták között [2].

Ezért ennek a tanulmánynak az volt a célja, hogy először megvizsgálja a növényevő korallzátonyi halak bélmikrobás közösségét, hogy megértse, mennyire fontosak a bélmikrobák az emésztés elősegítésében, és megnézze, hogy a különböző halaknak vannak-e eltérő bélmikrobaközösségei vagy sem.

Mit tettünk

Annak megértése érdekében, hogy a növényevő halak miként támaszkodnak bélmikróbájukra az algák emésztésében, mintákat gyűjtöttünk a növényevő sebészhalak - például a Bluespine unicornfish és a Sohal sebészhal - gyomrából a Vörös-tengeren. Olyan halakat gyűjtöttünk össze, amelyekről tudtuk, hogy különböző algákat ettek, hogy lássuk, az étrendbeli különbségek megváltoztatják-e a hal bélmikrobáit. Ezután meg kellett vizsgálnunk, hogy a mikrobák rendelkeznek-e megfelelő eszközökkel vagy enzimekkel, amelyek szükségesek az elfogyasztott algák lebontásához. Ehhez megnéztük a átiratok, amelyek olyan építési előírások, amelyekkel a sejtek olyan molekulákat állítanak elő, mint enzimek, amelyeket a hal bélmikrobái készítenek!

Amit találtunk

Először azt tapasztaltuk, hogy az összes hal gyomrában található mikrobák közül a leggyakoribb egyfajta mikroba volt - Epulopiscium . Epulopiscium (ejtsd: „E-pool-oh-piss-ee-um”) egy óriási mikroba, több mint 1000-szer nagyobb, mint más közönséges bélmikrobáké, és akkora, mint az emberi haj szélessége! Érdekes módon nemcsak ez a nagyméretű mikroba uralta a bélmikrobák közösségét, hanem a különböző halak is Epulopiscium bennük élve (2. ábra)! A többnyire barna algát fogyasztó halaknak voltak típusai Epulopiscium gyomrában él, amelyet nem találtak a többi hal gyomrában, amelyek többnyire vörös és zöld algákat ettek. Ez azt mutatta, hogy mivel ezek a halak különböző algákat ettek, másfajta bélmikrobaközösségre volt szükségük ételük megemésztéséhez.

Valóban, amikor megvizsgáltuk az óriási mikrobák által előállított enzimeket, azt tapasztaltuk, hogy ezek olyan enzimeket állítottak elő, amelyek képesek lebontani az algák különböző összetevőit, amelyekből a halak táplálkoztak. Ez azt jelenti, hogy a barna algát fogyasztó növényevő halak gyomor mikrobákkal rendelkeznek a barna algák lebontásához szükséges enzimgépekkel. Ugyanezek a barna algát fogyasztó bélmikrobák nem lennének olyan sikeresek a zöld vagy vörös algák lebontásában. Amit először fedeztünk fel, az az, hogy a növényevő halak a bélmikrobák speciális csoportjait tartalmazzák az enzimatikus eszközökkel az elfogyasztott algatípusok lebontásához! Ez igazán elképesztő volt, főleg, hogy úgy tűnik, hogy ezt az emésztést az óriás vezeti Epulopiscium. Más állatokban, különösen a szárazföldi emlősökben, a bélmikrobák sokszínűbb közössége van, amelyek mind segítik a növényi anyagok lebontását [3]. Kiderült, hogy a trópusi növényevő halak eltérő és talán egyedülálló módszert fejlesztettek ki az összetett algák emésztésére!

Még azt is megállapítottuk, hogy ennek az óriási mikrobának és enzimeinek mennyisége a hal gyomrában egész nap változik (3. ábra). Miután a növényevő halak felébrednek, megkezdik a napjukat az étkezésre szánt algák keresésével, és a nap nagy részében a kedvenc algatáplálékaikat keresik. A nap folyamán, amikor aktívan esznek, az óriási mikroba Epulopiscium a legaktívabb és rengeteg enzimet termel az algák lebontásának elősegítésére. De éjszaka, amikor a hal nem eszik és pihen, Epulopiscium lassítja és abbahagyja az ilyen enzimek termelését, mivel a gyomorban nincsenek új algák, amelyek elősegítik az emésztést. Mivel a tevékenysége Epulopiscium ingadozik az algák mennyiségével együtt, amelyet a hal egy egész nap elfogyaszt, ez szilárd bizonyítékot szolgáltat arra, hogy ezek a halak nagymértékben támaszkodnak Epulopiscium bélmikrobák, amelyek segítenek az elfogyasztott algák lebontásában!

Miért számít ez?

Ezek a vörös-tengeri sebészhalak sokat tanítottak nekünk arról, hogy a növényevő halak hogyan függenek óriási bélmikrobáiktól, hogy algákat tudnak enni. Azonban csak néhány fajt vizsgáltunk, és sokféle növényevő hal létezik odakinn. Minél többet megtudunk a Vörös-tengeren a halak és bélmikrobáik közötti egyedülálló kapcsolatról, annál jobban meg fogjuk tudni érteni, hogy a növényevő halak hogyan működhetnek itt és az egész világon!

Szójegyzék

Poliszacharid: ↑ Energiaforrás, amely egy láncban összekapcsolt cukormolekulákból áll, például asztali cukor. Az asztali cukor két, egymással összekapcsolt cukormolekula - glükóz és fruktóz - alkotta poliszacharid.

Enzim: ↑ Egy molekula, amely segít felgyorsítani a kémiai reakciókat. Az emésztés során enzimeket használnak a molekulák közötti kémiai kötések megszakítására, hogy kisebb, könnyebben emészthető molekulákat állítsanak elő, kissé ollóhoz hasonlóan.

Mikroba: ↑ Apró élőlények találhatók a környezetben körülöttünk és bennünk. Ezek közé tartoznak a baktériumok fajtái és a hozzájuk kapcsolódó csírák. Kulcsszerepet játszanak abban, hogy az állatok megemészthessék táplálékukat.

Átirat: ↑ Messenger RNS néven is ismert, a sejt DNS egy részének másolata. Utasítás a sejt számára, hogy tudja, hogyan kell felépíteni a különböző típusú fehérjéket, például az enzimeket.

Epulopiscium: ↑ Egy nagy mikroba (nagyobb, mint egy hajszélesség és kisebb, mint egy békatojás), amelyről kiderült, hogy bizonyos trópusi sebészhalak gyomrában él.

Összeférhetetlenség

A szerzők kijelentik, hogy a kutatást bármilyen kereskedelmi vagy pénzügyi kapcsolat hiányában végezték, amely potenciális összeférhetetlenségként értelmezhető.

Eredeti forráscikk

↑Ngugi, D. K., Miyake, S., Cahill, M., Vinu, M., Hackmann, T. J., Blom, J. és mtsai. 2017. Az óriási enterális szimbiontusok genomikus diverzifikációja a gazdaszervezet étrendi életmódját tükrözi. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 114: E7592–601. doi: 10.1073/pnas.1703070114

Hivatkozások

[1] ↑ White, B. A., Lamed, R., Bayer, E. A. és Flint, H. J. 2014. Biomassza-felhasználás bélmikrobák által. Ann. Rev. Microbiol. 68: 279–96. doi: 10.1146/annurev-micro-092412-155618

[2] ↑ Miyake, S., Ngugi, D. K. és Stingl, U. 2015. Az étrend erősen befolyásolja a sebészhalak bél mikrobiotáját. Mol. Ecol. 24: 656–72. doi: 10.1111/mec.13050

[3] ↑ Ley, R. E., Hamady, M., Lozupone, C., Turnbaugh, P. J., Ramey, R. R. és Bircher, J. S. és mtsai. 2008. Az emlősök és bélmikrobáik evolúciója. Tudomány 20: 1647–51. doi: 10.1126/science.1155725

[4] ↑ Jones, J., DiBattista, J. D., Stat, M., Bunce, M., Boyce, M. C., Fairlough, D. V. és mtsai. 2018. A tartományt váltó tengeri növényevő halak gyomor-bél traktusának mikrobioma. Elülső. Microbiol. 9: 2000. doi: 10.3389/fmicb.2018.02000