20.08.2014

Бактерии помогают справиться с ядом

Кишечные бактерии помогают древесным крысам переваривать ядовитые растения.

Многие растения для защиты от травоядных животных производят токсины. Например, листья ларреи трехзубчатой или креозотового куста покрыты ядовитой смолой, также опасные вещества содержатся и в иглах можжевельника.

Эти растения широко распространены в пустынных юго-западных штатах США и в северных штатах Мексики. Именно там и обитает популяция пустынных древесных крыс вида Neotoma lepida. Взаимоотношения этих грызунов с токсичными источниками пищи - ларреей и можжевельником - складывались на протяжении длительного времени. Их изучением занимается группа специалистов из Университета Юты во главе с профессором Дениз Диринг (Denise Dearing).

Известно, что печень травоядных, в рацион которых входят ядовитые растения, производит ферменты, необходимые для очищения пищи от токсинов. Исследователям также удалось выделить кишечные микроорганизмы, которые, как им казалось, способствуют переработке опасных веществ в организме животных. Тем не менее, доказательств этой догадке было недостаточно.

Естественная адаптация древесных крыс к ядовитым растениям началась около 17 тысяч лет назад. В конце последней ледниковой эпохи юго-запад североамериканского континента покрылся пустынями. Ларрея, которая была родом из Мексики, двинулась на север и заселила пустыню Мохаве, практически вытеснив из нее можжевельник, но дальше на север к пустыням Большого Бассейна не продвинулась.

В итоге пустынные древесные крысы начали поедать в Мохаве листья ларреи, а их более северные сородичи продолжали питаться можжевельником. Биологи считают, что именно бактерии помогли грызунам приспособиться к новому токсичному объекту в питании, поскольку процесс населения кишечника новыми микроорганизмами происходит гораздо быстрее, чем эволюция генов, необходимая для выработки соответствующих новых ферментов в печени.

Более ранние исследования доктора Диринг и ее коллег показали, что в кишечнике древесных крыс, населяющих пустыни Сонора и Мохаве, больше бактерий, способных переработать токсичные вещества из листьев ларреи, чем у их северных сородичей.

Теперь биологи поставили серию из трех экспериментов с обеими группами животных, результаты которой описали в статье в журнале Ecology Letters.

В первом из них едокам ларреи в лабораторных условиях на протяжении двух дней предлагали нейтральную пищу с 1%-ым содержанием смолы токсичного растения, а затем на протяжении трех дней - с 2%-ым. Контрольная группа не получала ядовитой добавки к рациону. После этого у животных отобрали пробы кишечных бактерий и выделили их ДНК, чтобы выяснить, какие гены ответственны за детоксикацию.

Оказалось, что диета грызунов определяет состав микроорганизмов в кишечнике. То есть в контрольной группе перерабатывающих токсины кишечных бактерий было в 4 раза меньше, чем в экспериментальных.

На второй стадии крысам дали антибиотики, чтобы полностью лишить их микробов и таким образом разрушить их способность к употреблению ядовитых растений. После этого двум группам животных предлагали корм с токсичной смолой растения и без нее. В итоге грызуны на ларреевой диете на 13-й день теряли в весе до 10%, тогда как в контрольной группе этого не происходило.

Наконец, исследователи искусственно ускорили эволюцию, заселив кишечники едоков можжевельника бактериями потребителей ларреи. Для этого в нейтральный рацион животных были добавлены фекалии сородичей (грызуны от такой "приправы к пище" никак не страдают). Контрольной группе подмешивали в пищу фекалии таких же едоков можжевельника, как и они сами. После этого всем особям предлагали пищу со смолой ларреи.

Как и ожидалось, грызуны, не получившие необходимого набора бактерий от едоков токсичного растения, существенно худели в процессе эксперимента. Однако исследователи отмечают, что нельзя сказать, что эта группа потребляла меньше пищи, чем вторая группа. Но кислотность мочи грызунов была повышена, что свидетельствует о большой нагрузке на печень, которая должна была принять весь удар на себя.

В пресс-релизе университета авторы работы заключают, что их исследование полностью подтверждает теорию о том, что кишечные бактерии наравне с ферментами играют решающую роль в переработке токсинов растений, позволяя травоядным животным приспосабливаться к столь сомнительному источнику пищи.

Новые результаты между тем поднимают две важные проблемы, которые требуют серьезного внимания науки и общественности. Во-первых, весьма вероятно, что животные, растущие в неволе, теряют разнообразие кишечных бактерий. Поэтому, когда речь идет о восполнении вымирающих в дикой природе популяций за счет выращенных людьми особей, необходимо контролировать, чтобы эти животные смогли полноценно питаться на свободе.

Вторая проблема касается животноводства. Например, коров часто кормят антибиотиками, для того чтобы снизить заболеваемость и максимально повысить экономический эффект. Исследователи полагают, что это может привести к тому, что животные не смогут питаться ядовитыми растениями, такими как астрагал. Между тем, в засушливые периоды, когда пастбищная трава находится в угнетенном состоянии, именно он и другие токсичные травы становятся важным компонентом рациона скота.

Источники:

1. agroxxi.ru