Но теперь у ученых есть доказательства того, что микробиом китов имеет общие черты с существами, которые, как известно, не едят мясо, — коровами.Под руководством Питера Гиргуиса, профессора органической и эволюционной биологии, ученые обнаружили, что микробиом кишечника гладких китов и других видов усатых имеет общие характеристики как с коровами, так и с хищниками, питающимися мясом. Двойные микробные сообщества позволяют китам извлекать из своего рациона максимум питательных веществ, переваривая не только рачки, которые они едят, но и их богатые хитином панцири.
Исследование описано в статье от 22 сентября в Nature Communications.Среди соавторов статьи: Джеймс Маккарти, профессор биологической океанографии и Александр Агассис, профессор биологической океанографии в Музее сравнительной зоологии, Аннабель Бихман, 14 лет, сейчас аспирант Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, Джо Роман из Университета им.
Вермонт, Джаррод Скотт и Дэвид Эмерсон, оба из Лаборатории наук об океане Бигелоу в штате Мэн, и Джон Сандерс, бывший аспирант лаборатории Гиргуиса.«С одной точки зрения, киты похожи на плотоядных животных», — сказал Гиргис. «У них есть те же микробы, которые мы находим у львов и тигров, у которых очень богатая мясом диета. Но у них также есть многочисленные сообщества анаэробных бактерий, подобных тем, которые используют жвачные животные для расщепления целлюлозы.«Однако в океане не так много целлюлозы, но много хитина, который содержится в экзоскелетах веслоногих ракообразных, которые едят усатые киты», — продолжил Гиргуис. «Наша статья предполагает, что передняя кишка кита очень похожа на кишечник коровы, и мы полагаем, что там процветает анаэробное микробное сообщество, разлагающее хитин, которое разрушает этот материал и делает его доступным для китов».
Эти экзоскелеты, по словам Гиргуиса, составляют до десяти процентов от общего количества потребляемой китами пищи и в противном случае просто испражнялись бы. Предоставляя китам доступ к питанию, содержащему богатый хитином материал, киты могут извлечь максимальную пользу из своего рациона.
«Это почти похоже на предварительную адаптацию, — сказал он, — которая может дать им отличное преимущество в использовании энергии из пищи. Морфология их кишечника исходит от их предков, тех же самых предков коров, верблюдов и других жвачных животных. хорошо служит им даже в качестве плотоядных животных, поскольку позволяет им максимально извлекать питательные вещества из пищи ».
В конечном итоге, сказал Гиргис, в исследовании рассматриваются вопросы, выходящие далеко за пределы кишок китов.«Это действительно вопрос того, что мы можем назвать филогенетической инерцией», — сказал он. «Потому что на самом деле мы думаем о следующем: когда вы смотрите на микробиом организма, вы можете — до некоторой степени — оглянуться назад во времени и увидеть его предков, потому что организмы, которые связаны друг с другом, похоже, имеют схожие микробиомы. .«Но не все организмы, которые связаны между собой, живут в одной и той же среде», — продолжил он. «Итак, вопрос в том, насколько отличной должна быть ваша среда, прежде чем она изменит ваш микробиом? Это фундаментальный вопрос о взаимосвязи между вашим происхождением и вашим нынешним окружением».
Однако многие из этих вопросов, по словам Гиргиса, могли бы не задаваться, если бы не Аннабель Бейхман, тогда еще студентка бакалавриата.Будучи аспирантом Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и вторым автором исследования, Бейчман дала старт исследованию, когда она и биолог-эколог из Университета Вермонта Джо Роман взяли на себя незавидную задачу по слежению за стаями белых китов в море и сбору образцов их фекалий. определить, какие микробы присутствовали.«Нет другого способа получить образцы фекалий, кроме как собрать их из океана», — сказал Роман.
«Было очень интересно каждое утро отправляться в ненастную погоду на поиски неуловимых китов, а затем извлекать и расшифровывать ДНК из наших вонючих трофеев», — сказал Бейхман. «Моей страстью всегда было использовать последние достижения в технологии генетического секвенирования, чтобы ответить на вопросы о видах, вызывающих озабоченность по поводу сохранения, и поэтому я хотел добавить в исследование генетический компонент.«Работа с моими консультантами над разработкой вопросов исследования на основе научной литературы, сбор образцов фекалий в полевых условиях и выполнение секвенирования и анализа ДНК дала мне бесценный опыт на каждом этапе исследования», — добавила она. «У всех нас были разные теории относительно того, как может выглядеть кишечное сообщество китов. Чего никто из нас не ожидал, так это увидеть такое большое отклонение от наземных млекопитающих или эти общие характеристики с микробиомами наземных хищников и травоядных».«Учитывая то, что мы знаем о происхождении китов — что они родственны жвачным животным, и что у них все еще есть многокамерная передняя кишка — мы могли бы кое-что найти», — сказал Гиргис. «Одна гипотеза заключалась в том, что их микробиом будет похож на микробиом других мясоедов, таких как львы и тигры, а передняя кишка была просто рудиментарной.
Другая гипотеза заключалась в том, что она позволяла другой группе микробов делать то, о чем мы даже не думали. Мы обнаружили, что микробиом китов наполовину похож на жвачное животное, а наполовину на плотоядное животное ».«Мы пришли к тому, чтобы лучше понять эволюцию китов за последние несколько десятилетий и посмотреть, какое место они занимают на эволюционном древе.
Но мы не поняли микробных изменений, которые позволили им стать одной из самых успешных групп животных. в океане, — сказал Роман. «Это исследование помогает это объяснить».В дальнейшем Гиргис и его коллеги надеются взять образцы микробного сообщества в камерах желудка китов и распространить исследование на зубатых китов, у которых нет такой богатой хитином диеты.Команда также заинтересовалась аквариумами, которые могут использовать информацию о кишечных микробах китов, чтобы лучше заботиться о животных, содержащихся в неволе.«Многие аквариумы … они знают, здоровы их киты или нет, но у них не всегда есть причинный фактор, и эти кишечные микробы могут быть ключом к разгадке», — сказал Гиргис. «Пока люди держат китов в неволе, этот тип исследований имеет ценность, потому что они могут сохранить их здоровье настолько, насколько это возможно».
Хотя это может не дать окончательного ответа на вопросы филогенетической инерции, исследование действительно предполагает, что некоторые морфологические особенности, если они могут дать преимущество, сохраняются, несмотря на драматические изменения в окружающей среде существа.«Теперь у нас есть снимок, в котором рассматривается вопрос о том, как эволюционное прошлое существа взаимодействует с его микробиомом и как его рацион сегодня влияет на микробиом», — сказал он. «Ответ таков … если эта морфологическая особенность, если она имеет ценность для вида, тогда она вполне может быть чем-то, что было использовано в течение эволюционного времени».