Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре под руководством генетика Пейдж Миллер стремились раскрыть разнообразие в кишечнике этих важных обитателей леса ламинарии. Их результаты показывают значительные различия между микробиотой двух видов, а также между людьми, живущими в разных средах обитания. Исследование, опубликованное в журнале Limnology and Oceanography Letters, представляет собой первый шаг в понимании функции микробных сообществ ежей, включая возможность того, что ежи могут «выращивать» микробы в своем кишечнике для создания собственных источников пищи.
В Калифорнии обитают два распространенных вида морских ежей: красные и пурпурные.
Как правило, они потребляют водоросли, но на самом деле являются довольно условно-патогенными всеядными животными, которые при необходимости будут есть разлагающиеся растения и животные, микробные циновки и даже других ежей. Микробиом в кишечнике может помочь ежам справиться с таким разнообразным питанием, но до сих пор он не изучался.
«Очень важно понимать, что едят животные и почему, – сказал Миллер, – и мы думаем, что микробиом может сыграть важную роль в том, почему виды процветают, несмотря на все различия в доступности пищи в океане."Однако ученые только начинают изучать микробиоту морских животных, не говоря уже о функции, которую эти микроорганизмы выполняют в своих хозяевах.
Чтобы начать расследование, Миллер и ее команда собрали красных и фиолетовых ежей из трех мест обитания в проливе Санта-Барбара. Некоторые пришли из пышных лесов водорослей; другие из пустошей ежей; а некоторые пришли из одного из многочисленных выходов углеводородов канала, где они царапают живое существо, питающееся матами микробов, которые размножаются на нефтяных соединениях.
Ключом к успеху этого исследования был строгий протокол исследователей. Они использовали тщательные методы для удаления желудка и кишечника каждого образца, чтобы избежать заражения микробами в лаборатории, на других участках животного и даже в морской воде.
Затем исследователи смогли секвенировать определенный участок генетического кода, который ученые обычно используют для идентификации микробов. Это позволило им сравнить то, что они обнаружили, с несколькими комплексными таксономическими базами данных, которые ученые используют для генетической идентификации микробной жизни.
Команда обнаружила существенные различия между бактериальными сообществами, живущими в пределах двух видов ежей. Однако они увидели такие же различия между микробиомами людей одного и того же вида, живущих в разных средах обитания.
«Наше исследование – первое, в котором изучается микробиом этих чрезвычайно распространенных и действительно экологически важных видов», – сказал соавтор Роберт (Боб) Миллер, исследователь из Института морских наук при университете. "Мы лишь поверхностно касаемся этого вопроса, но наше исследование показывает, насколько сложны эти сообщества."
Одна группа бактерий, которая преобладала у обоих видов, – это та же группа, которая помогает расщеплять древесину в кишечнике термитов и может помочь ежам переваривать водоросли. Предыдущие исследования показывают, что эти микробы потенциально могут быть автотрофными. «Некоторые члены этой группы могут создавать свою собственную пищу, например, фотосинтезирующие растения, – поясняет Пейдж Миллер, – только они не используют солнечный свет для получения энергии, они используют водород."
Хотя авторы предостерегают от поспешных выводов, выяснение того, могут ли ежи производить себе еду, было бы огромным открытием. «Мы знаем, что ежи могут долгое время выжить без еды», – сказал Боб Миллер. "И они могут выжить почти бесконечно в этих бесплодных районах, где очень мало продовольствия. Таким образом, это могло бы действительно помочь им, если бы у них в кишечнике была собственная небольшая пища, выращенная на фермах."
В выводах также подчеркивается недопустимость объединения этих похожих видов.
Пейдж Миллер объяснила, что люди часто рассматривают такие виды, как красные и пурпурные морские ежи, как равнозначные, когда принимают решения об использовании ресурсов и управлении ими. Даже экологи могут согласиться с подобными рассуждениями. «Но очень важно посмотреть, как эти вещи на самом деле работают», – отметила она. "И, как мы видели, красные и пурпурные морские ежи не обязательно функционируют одинаково или едят одни и те же продукты, если их микробиом является показателем."
Понимание состава и функции микробиоты может помочь исследователям распознать тонкие различия между внешне похожими видами. «В последнее время люди начали рассматривать микробиом как еще одну черту, присущую этим видам», – сказал Боб Миллер. "Мы хотели выяснить, не является ли это скрытым источником вариаций, разделяющих эти два вида."
Это исследование является отправной точкой для дополнительных исследований. В будущем Миллеры и их соавторы планируют продолжить изучение функции различных микробов в кишечнике ежа.
На данный момент предстоит еще многое сделать, чтобы просто определить, какие виды обитают в колючих существах.
«Это новая область экологии, – сказала Пейдж Миллер, – пытаясь понять, что делают эти микробиомы и какую роль они играют в живом организме в дикой природе."