Обильно испражняющиеся бегемоты превратили водоемы в метакишечник
Биологи обнаружили, что обильно испражняющиеся бегемоты создают в водоемах идеальные условия для анаэробных бактерий из собственного кишечника. В результате симбиотические микроорганизмы, оказавшиеся вне тела хозяина, не просто выживают, но образуют активные сообщества, которые влияют на химический состав воды. В статье, опубликованной в журнале Scientific Reports, исследователи называют эту ситуацию термином «метакишечник».
Обыкновенные бегемоты (Hippopotamus amphíbius) — одни из самых крупных травоядных Африки. Неудивительно, что эти звери оказывают значительное влияние на местные экосистемы. Например, они обеспечивают перенос питательных веществ и энергии между пастбищами, где кормятся по ночам, и пресными водоемами, в которых отдыхают и испражняются в светлое время суток. Помет бегемотов служит удобрением и пищей для различных водных микроорганизмов, беспозвоночных и рыб. Однако при высокой плотности этих травоядных их экскременты в больших количествах накапливаются на дне и активно разлагаются, в результате чего в нижних слоях воды резко падает концентрация кислорода. Восстанавливается она лишь после притока свежей воды.
Команда биологов под руководством Кристофера Даттона (Christopher L. Dutton) из Йельского университета предположила, что придонные слои водоемов, в которых по вине бегемотов снизилась концентрация кислорода, могут быть идеальной средой обитания для анаэробных симбиотических бактерий из кишечника этих травоядных. Чтобы проверить, так ли это, исследователи отправились на кенийский отрезок реки Мара. Здесь обитает более 4000 бегемотов, которые держатся на примерно 170 участках реки — так называемых прудах.
В 2016-2017 годах исследователи собрали и проанализировали свежие фекалии десяти бегемотов из четырех прудов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Оказалось, что состав микробиома экскрементов, а значит, и кишечника, у разных особей очень похож. Во всех образцах доминировали бактерии из типов Firmicutes, Bacteroidetes, Proteobacteria и Tenericutes. В частности, авторы обнаружили присутствие видов из родов Macellibacteroides, Acinetobacter, Bacteroides и Lysinibacillus.
Также Даттон и его коллеги изучили образцы воды из двенадцати прудов. Исследователям удалось выяснить, что микробные сообщества придонных слоев воды заметно отличаются друг от друга в водоемах с низким, средним и высоким притоком фекалий бегемотов (p=0,002). Например, видовой состав бактерий в прудах с высоким притоком экскрементов имеет больше общего с кишечным микробиомом бегемотов, чем с микробными сообществами прудов, где эти травоядные отсутствуют. Дополнительный анализ продемонстрировал отличия в химическом составе разных прудов. В частности, в водоемах, куда поступает много помета бегемотов, наблюдаются высокие концентрации сульфатов и метана, а также высокий уровень биологического потребления кислорода и высокий окислительно-восстановительный потенциал.
Микробные сообщества на участках реки, расположенных выше по течению относительно прудов с бегемотами, оказались более разнообразными, чем сообщества самих этих прудов. При этом на разных участках реки доминируют разные таксоны бактерий. Например, представители класса Alphaproteobacteria наиболее многочисленны выше по течению от прудов с бегемотами, а микроорганизмы из рода Dechloromonas предпочитают участки ниже таких прудов. Бактерии из типа Chloroflexi, класса Bacteroidia, отрядов Bacteroidales и Desulfobacterales, семейств Desulfobulbaceae и Porphyromonadaceae, а также родов Desulfobulbus и Macellibacteroides наиболее многочисленны в прудах с бегемотами.
Восемьдесят семь таксонов бактерий встречаются и в фекалиях бегемотов, и в прудах, куда те поступают в большом количестве, но не на участках непосредственно выше по течению. В основном это представители типов Firmicutes и Bacteroidetes, типичные кишечные симбионты животных. Среди них облигатные анаэробы из родов Clostridia, Macellibacteroides, а также из семейства Prevotellaceae. При этом присутствие представителей типа Firmicutes и рода Macellibacteroides положительно коррелирует с высокими уровнями биологического потребления кислорода, а также высокой концентрацией углекислого газа, метана, сероводорода и некоторых других соединений и отрицательно коррелирует с концентрацией кислорода.
Когда в пруд с высоким притоком фекалий бегемотов поступает свежая вода (такое происходит примерно раз в месяц), уровень кислорода здесь временно повышается. Даттон и его соавторы на примере трех водоемов проанализировали, как меняется при этом видовой состав микроорганизмов. Сразу после поступления свежей воды микробное сообщество каждого пруда приобрело сходство с сообществом выше по течению. Тем не менее, благодаря жизнедеятельности бегемотов между ними вскоре вновь накопились различия (интересно, что часть анаэробных бактерий, отмеченных на этом этапе, происходили не из кишечника бегемотов, а из неизвестного источника; возможно, это свободноживущие анаэробные виды, которые в дальнейшем проиграли конкуренцию симбиотическим бактериям). Когда через некоторое время в пруд поступила новая порция свежей воды, процесс повторился.
Результаты исследования свидетельствуют, что бегемоты создают в прудах подходящие условия для многих бактерий из их собственного кишечника. В результате симбиотические микроорганизмы, оказавшиеся вне тела хозяина, не просто выживают, но формируют целые сообщества и поддерживают активный метаболизм, что сказывается на химическом составе водоемов. Возможно, бактерии бегемотов также колонизируют организмы живущих здесь же беспозвоночных и рыб, позволяя им эффективнее переваривать пищу.
Учитывая высокое сходство микробных сообществ в кишечнике бегемотов и в прудах, куда эти травоядные обильно испражняются, авторы назвали эту систему метакишечником. Они предполагают, что другие представители пресноводной мегафауны также могут обогащать водоемы собственными симбиотическими бактериями. Если эта идея верна, то такие виды играют в пресноводных экосистемах еще более значительную роль, чем считалось ранее — а их исчезновение наносит сообществам дополнительный вред.
Ранее мы рассказывали о том, как пчелам-падальщикам из рода Trigona пришлось изменить состав симбиотических бактерий при переходе на мясную диету. Теперь среди симбионтов этих насекомых преобладают молочнокислые и уксуснокислые бактерии, включая виды, облегчающие переваривание мяса.
Сергей Коленов
Они повлияли на выбор материала и размер барабанных палочек
Самцы черных какаду при изготовлении музыкальных инструментов, с помощью которых они барабанят по стволам деревьев, выбирают их материал и размеры в зависимости от индивидуальных предпочтений. Орнитологи выяснили, что некоторые представители этого вида создают барабанные палочки только из веток, а другие также используют твердые оболочки плодов. Кроме того, ученые выявили индивидуальные различия в размерах барабанных палочек. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Proceedings of the Royal Society B. Черные какаду (Probosciger aterrimus) выработали необычный способ общения с сородичами. Самцы этих попугаев из популяции, обитающей на австралийском полуострове Кейп-Йорк, во время брачных демонстраций берут в левую лапу ветку или твердую оболочку плода гревиллеи Grevillea glauca и ритмично ударяют ими по стволу дерева (хотя нередко они просто бьют по стволу лапой). Так они производят громкий звук, с помощью которого обозначают границы территории и привлекают самок. Ритм этого звука у каждого самца индивидуален. А чтобы музыкальными инструментами было удобнее пользоваться, какаду обкусывают ветки до примерно 20-сантиметровой длины и удаляют с них листья и придают оболочкам плодов определенную форму. Как правило, на территории самцов есть несколько деревьев для демонстраций — и они переносят барабанные палочки между ними. https://youtu.be/2_wh3liNT_o Команда орнитологов под руководством Роберта Хейнсона (Robert Heinsohn) из Австралийского национального университета решила больше узнать о том, как черные какаду создают музыкальные инструменты из веток и плодов. Для этого исследователи отправились в национальный парк Кутини-Пайяму, расположенный на полуострове Кейп-Йорк. В 2013–2015 годах они собрали около демонстрационных деревьев какаду, расположенных в парке и его окрестностях, 256 музыкальных инструментов этих птиц: 227 из них были сделаны из веток и 29 — из оболочек плодов. Средняя длина барабанных палочек из веток составила 208,6 миллиметра, ширина — 12,8 миллиметра, а масса — 15,8 грамма. Средняя хорда палочек (то есть кратчайшее расстояния между концами палочки) равна 209,6 миллиметра, кривизна (вычисленная путем деления длины палочки на ее хорду) — 1,02, а количество сучков, оставшихся после удаления второстепенных веточек — 2,2. Музыкальные инструменты их оболочек плодов имели средние размеры 39,1 миллиметра на 41 миллиметр на 33,9 миллиметра. На следующем этапе Хейнсон и его коллеги оценили индивидуальные предпочтения какаду при выборе материала для музыкальных инструментов и их обработке. Чем больше инструментов авторы находили под демонстрационным деревом, тем выше была вероятность, что среди них окажется оболочка плода. Кроме того, выяснилось, что самцы чаще используют инструменты из оболочек плодов вместе с барабанными палочками из веток, если их соседи пользуются только барабанными палочками. При этом, хотя многие самцы барабанили только ветками, ни один из тринадцати самцов, под деревом которого исследователи нашли больше шести инструментов, не барабанил только оболочками плодов. Лишь у одной особи из четырнадцати инструментов, найденных под демонстрационным деревом, тринадцать были сделаны из оболочек плодов. В целом анализ продемонстрировал, что предпочтения самцов при выборе материала для инструментов распределены не случайным образом. Ограничив выборку двенадцатью самцами, под деревьями которых были найдены более шести инструментов (особь, отдававшую предпочтение оболочкам плодов, из этого анализа исключили), Хейнсон с соавторами установил, что длина и хорда барабанных палочек заметно отличаются от особи к особи. Похожие закономерности были выявлены для музыкальных инструментов, использовавшихся какаду в течение одного сезона, причем в данном случае к различиям в длине и хорде добавились различия в ширине и массе. Результаты исследования демонстрируют, что у самцов черных какаду есть индивидуальные предпочтения при выборе материала для изготовления музыкальных инструментов. Кроме того, разные особи предпочитают барабанные палочки разного размера и формы. Авторы подчеркивают, что ветки деревьев и плоды гревиллей, подходящие для изготовления музыкальных инструментов, встречаются в парке Кутини-Пайяму в изобилии. Таким образом, индивидуальные различия в предпочтениях какаду нельзя объяснить дефицитом материалов. Зоологам уже известны примеры видов, представители которых демонстрируют индивидуальные предпочтения при выборе материала для инструментов и их изготовлении. Например, новокаледонские вороны (Corvus moneduloides) из разных популяций создают крючки и колючки из разных видов растений. Однако черные какаду стали первым примером такой индивидуальной изменчивости при изготовлении инструментов, не связанных с добычей пищи. Возможно, различия в предпочтениях какаду связаны с тем, что у каждого самца есть свой индивидуальный стиль барабанного боя. При этом молодые птицы, скорее всего, формируют эти предпочтения, наблюдая за барабанящими отцами. Ранее орнитологи выяснили, что танимбарские какаду (Cacatua goffiniana), которые обитают на востоке Индонезии, создают из дерева три разных типа инструментов и используют их, чтобы извлечь содержимое из-под оболочки семян церберы. Толстый тупой клин позволяет расширить щель во внешнем слое, маленький острый «нож» — разрезать лежащую ниже тонкую оболочку, а «ложкой» птица извлекает кусочки семени. Орнитологи, описавшие данное поведение, предполагают, что это самый сложный пример использования инструментов среди всех животных, у которых нет рук.