Бактерии-симбионты, разлагающие для термитов древесину, еще и связывают для них атмосферный азот
До недавнего времени оставалось загадкой, каким образом термитам удается жить (и даже процветать), питаясь одной древесиной. Было известно, что разложение потребленной ими целлюлозы осуществляют бактерии – внутриклеточные симбионты простейших, которые в свою очередь обитают в кишечнике термита. Но целлюлоза – малопитательный субстрат; кроме того, она не может служить источником азота, который термитам нужен в гораздо большем количестве, чем он содержится в растительных тканях. Однако к поразительному заключению пришла недавно группа японских исследователей, взявшихся за изучение состава генома симбиотических бактерий жгутиконосцев. Наряду с генами, отвечающими за синтез целлюлазы – фермента, разрушающего молекулы целлюлозы, в геноме оказались гены, кодирующие ферменты, ответственные за азотфиксацию – связывание свободного азота атмосферы N2 и превращение его в форму, пригодную для использования не только самими бактериями, но также жгутиконосцами и термитами.
Люди, далекие от биологии, порой путают термитов с муравьями, поскольку и те и другие ведут колониальный образ жизни, возводят крупные постройки (термитники и муравейники), а кроме того, характеризуются разделением труда между отдельными группами особей: у них есть рабочие, солдаты, а также производящие потомство самки (царицы) и самцы.
Однако сходство муравьев с термитами – чисто внешнее, объясняющееся возникшим в обеих группах общественным образом жизни. На самом деле эти насекомые относятся к разным, далеко не родственным, отрядам. Муравьи – перепончатокрылые, родственники ос и пчел. Термиты же образуют особый отряд, причем, в отличие от перепончатокрылых, они относятся к насекомым с неполным превращением (у них нет куколки, а личинка через ряд последовательных линек постепенно становится всё более похожей на взрослое насекомое).
Термиты не встречаются в умеренных, тем более – северных широтах, но они чрезвычайно многочисленны в тропиках, где являются основными потребителями растительных остатков. В отличие от многих других животных термиты могут питаться одной древесиной – точнее, клетчаткой (целлюлозой), с которой справляются чрезвычайно быстро. Любая деревянная постройка, возведенная в тропиках, подвержена разрушающей деятельности термитов. Дом, не имеющий специальной защиты, может быть может быть съеден термитами за несколько лет.
Исследователей давно занимал вопрос: как термиты справляются с разложением клетчатки (ведь это всегда считалось прерогативой бактерий и грибов!) и как они вообще могут обходиться столь малопитательным кормом? Долгое время считалось, что в переработке клетчатки термитам помогают простейшие – представители особой группы жгутиконосцев, которые обитают в кишечнике термитов. Но позднее выяснилось, что жгутиконосцы сами нуждаются в помощи эндосимбионтов – живущих в их клетках бактерий (эндосимбионт подразумевает «живущий в клетке»), которые и вырабатывают целлюлазу – фермент, разлагающий целлюлозу.
Таким образом, вся эта симбиотическая система устроена по принципу матрешки: в кишечнике термита живут жгутиконосцы, а внутри жгутиконосца – бактерии. Термиты находят пищу (растительные остатки или деревянные постройки), измельчают древесную массу и доводят ее до мелкодисперсного состояния, в котором ее могут поглощать жгутиконосцы. Затем за дело берутся живущие внутри жгутиконосца бактерии, которые и проводят основные химические реакции по переработке исходно малосъедобного продукта во вполне усвояемую форму.
Однако многое в этой системе оставалось неясным. К примеру, неизвестно было, откуда термиты черпают необходимый им азот (а его относительное содержание в телах животных, в том числе – термитов, существенно выше, чем в растительных тканях). Однако недавние исследования японских ученых позволили ответить на этот вопрос.
Объектом исследования Юити Хонго (Yuichi Hongoh) и его коллег из Исследовательского института РИКЕН в Сайтаме (RIKEN Advanced Science Institute, Saitama) и других научных учреждений Японии стала симбиотическая система массового в Японии термита Coptotermes formosanus. Вид этот, ведущий подземный образ жизни, известен как злостный вредитель, наносящий огромный ущерб деревянным сооружениям, причем не только на своей родине, в Юго-Восточной Азии, но и в Америке, куда он случайно был завезен. На борьбу с Coptotermes formosanus в Японии ежегодно расходуется несколько сот миллионов долларов, а в США – около миллиарда.
Обитающие в заднем отделе кишечника термита жгутиконосцы Pseudotrichonympha grassii относятся к роду, представители которого часто встречаются у разных термитов, ведущих подземный образ жизни. В каждом жгутиконосце постоянно обитают около 100 тысяч бактерий, относящихся к отряду Bacteroidales и имеющих условное название «phylotype CfPt1–2».
В ходе работы жгутиконосцев извлекали из кишечника термита, разрушали мембраны их клеток и высвобождали из каждого по 103–104 клеток эндосимбиотических бактерий. Полученную массу бактерий подвергали амплификации (увеличению числа копий имеющихся там молекул ДНК), после чего проводили поиск определенных последовательностей генов. В кольцевой хромосоме, содержащей 1 114 206 пар оснований, были выявлены 758 последовательностей, предположительно кодирующих белки, 38 генов транспортной РНК и 4 гена рибосомальной РНК. Обнаруженная совокупность генов позволила реконструировать в общих чертах всю систему метаболизма эндосимбиотической бактерии.
Самым поразительным стало обнаружение генов, ответственных за синтез тех ферментов, которые необходимы для азотфиксации (nitrogen fixation) – процесса связывания атмосферного N2 и превращения его в форму, удобную для использования организмом. В частности, нашлись гены, отвечающие за синтез нитрогеназы – важнейшего фермента, осуществляющего расщепление прочной тройной связи в молекуле N2, а также гены, кодирующие другие необходимые для азотфиксации белки.
Авторы обсуждаемой работы отмечают, что на самом деле способность термитов к азотфиксации уже обнаруживалась ранее, но было неясно, какие симбиотические организмы за нее отвечают. Выявление ответственных за азотфиксацию генов у исследованных эндосимбиотических бактерий стало неожиданностью, поскольку раньше у бактерий этой группы (Bacteriodales) азотфиксация никогда не отмечалась. Помимо связывания N2 и перевода его в NH3 изученные бактерии по-видимому способны утилизировать и те продукты азотного обмена, которые образуются в ходе метаболизма самих простейших. Это важный момент, поскольку связывание N2 требует больших энергетических затрат, и если в пище термитов азота хватает, то интенсивность азотфиксации можно и снизить.
Другие работы по теме:
Сапробиологический анализ
Прогрессирующее загрязнение водной среды уже в прошлом веке натолкнуло ученых на мысль сравнить растительный и животный мир загрязненных и не загрязненных водоемов, а также выявить роль гидробионтов в превращении разнообразных веществ.
Пищевые взаимоотношения в экоистемах
Все организмы населяющие нашу планету живут в той или иной экосистеме. Разнообразие экосистем огромно. Экосистемой является пруд, река, море, залив, отмель, горный склон, пойма, луг, березовая роща, сосновый бор, таежный лес и т.д. но все экосистемы. Ученые выделяют даже группы экосистем: пресноводные, морские, пустынные, лесные, степные, тундровые...Как бы экосистемы не были непохожи одна на другую, все они имеют следующие общие свойства.
Биотические факторы среды
Общая закономерность действия биотических факторов. Пища как важный экологический фактор для популяций животных. Взаимоотношения особей разных видов в сообществе. Классификация биотических взаимодействий. Симбиоз как позитивные отношения организмов.
Симбиоз в природе
Симбио́з - это взаимодействие и сосуществование представителей разных биологических видов. В природе встречается широкий спектр примеров взаимовыгодного симбиоза. От желудочных и кишечных бактерий, без которых было бы невозможно пищеварение, до растений, чью пыльцу может распространять лишь один, определённый вид насекомых.
Исследование этнической толерантности подростков в образовательной среде
Агеева Н.А. студентка 5 курса психологического факультета РОСИ Толерантность в общеупотребительном понимании определяется как настойчивость, упорство и выдержка в каком-нибудь деле, работе и как способность терпеть. Этническая толерантность подразумевает под собой акт нравственного самоопределения этносов к окружающей среде и к самим себе, к своей этнической идентичности.
Диджериду
Диджериду (didjeridu, didjeridoo, didgeridu) — этнический музыкальный духовой инструмент аборигенов Австралии. Вероятно один из самых древних инструментов на Земле наравне с варганом.
Глаз
Строение а Глаз - орган зрения человека, позвоночных и многих беспозвоночных животных. У человека и позвоночных животных — парный орган; состоит из собственно глаза (глазного яблока), соединенного зрительным нервом с мозгом, и вспомогательного аппарата (глазодвигательных мышц, век, а у наземных позвоночных и слезных желез).
Переменные звезды
Хотя на первый взгляд сверкающие на небе звезды кажутся постоянными, оказывается, что у многих из них видимый блеск меняется со временем. Звезда становится то ярче, то слабее. Такие звезды называются переменными звездами.
Трубкозуб
Введение 1 Внешний вид 2 Образ жизни и питание 2.1 Размножение 3 Статус популяции Список литературы Введение Трубкозу́б, или африканский (капский) трубкозуб[1] (лат. Orycteropus afer) — млекопитающее, единственный современный представитель отряда трубкозубых (Tubulidentata).
Украшенный чибис
Введение 1 Описание 2 Распространение 3 Образ жизни Список литературы Введение Украшенный чибис[1] (Vanellus indicus) — небольшая птица семейства ржанкообразных.
Земляной волк
План Введение 1 Внешний вид 2 Распространение 3 Образ жизни 4 Воспроизводство 5 Статус популяции Список литературы Введение Земляной волк[1] (лат. Proteles cristatus) — африканское млекопитающее из семейства гиеновых. Традиционное название этого вида на африкаанс aardwolf в переводе означает «земляной волк» и отражает его привычку обитать в норах.
География Африки
Text Graphics География Африки Graphics Географическое положение Африки АФРИКА , материк, второй по величине после Евразии. 29,2 млн. км2 (с островами 30,3 млн. км2). С запада омывается Атлантическим океаном, с севера — Средиземным м., с северо-востока — Красным морем, с востока — Индийским океаном.
Бактериофаги
Бактериофаги (от бактерии и греч. phagos — пожиратель; буквально — пожиратели бактерий), фаги, бактериальные вирусы, вызывающие разрушение (лизис) бактерий и других микроорганизмов.
Микориза
Микориза известна в большинстве групп сосудистых растений. Всего несколько семейств цветковых не образуют ее или образуют очень редко, например крестоцветные и осоковые.
Где живут бактерии
Многие виды бактерий – свободноживущие организмы, способные синтезировать необходимые для жизни соединения из веществ, содержащихся в окружающей среде. Однако некоторые бактерии являются симбионтами или паразитами других организмов.
Пищевые стратегии насекомых
Способы пищедобывания. Подстерегающий охотник. Охота в чужом «наряде». Активная охота. Насекомые-заготовители. Устройства и процессы для потребления пищи. Симбиотические связи.
Мухи
Органы чувств в процессах жизнедеятельности. Биологические «часы». Тараканы. Универсальность живых «приборов». Способность к научению.
Простейшие жгутиковые
Text Graphics Простейшие Жгутиковые Graphics Группа простейших Простейшие протисты ) – группа различных по строению и образу жизни ядерных организмов (эукариот), общим признаком которых является отсутствие тканевой дифференциации. Среди простейших встречаются как одноклеточные организмы (инфузории, амёбы, хламидомонады), так и многоклеточные организмы (бурые, красные и другие водоросли).
Насекомые с неполным превращением
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВЕТЕРИНАРНОЙ МЕДИЦИНЫ Кафедра гистологии с курсом общей биологии и экологии Реферат по биологии Тема: «Насекомые с неполным превращением (Hemimetabola)»
Система простейших
Система простейших Простейшие с организацией жгутиконосцев(Mastigophora) ТИП МНОГОЖГУТИКОВЫЕ (Polymastigota) Класс РЕТОРТОМОНАДОВЫЕ (Retortamonada)
Лишайники
Накипные лишайники ЛИШАЙНИКИ, группа низших растений, образованных симбиозом гриба (аскомицета или базидиомицета) и водоросли (зеленой, реже желтозеленой и бурой) или цианобактерии. Вегетативное тело представлено слоевищем, окраска которого очень разнообразна и зависит от образующихся в теле пигментов.
Термиты и симбиотические жгутиконосцы
Особенности источники питания термитов, их отличительные черты от муравьев. Обоснование сфер распространенности термитов в природе, принципы устройства симбиотической системы данных насекомых, исследование и предпосылки их способности к азотфиксации.
Простейшие (Protozoa)
Классификация простейших (Protozoa), как типа одноклеточных животных из группы эукариотов. Виды простейших: жгутиковые, радиолярии, инфузории, амебы, водоросли. Способы их питания, строение, размножение и наиболее распространенные представители.
Особенности класса насекомых
Развитие насекомых, приспособление их к различным источникам питания, распространение по планете и способность к полету. Строение нервной, кровеносной, пищеварительной и половой систем, органов дыхания. Положительная деятельность насекомых в природе.
Особенности жизненного цикла жгутиковых
Строение и физиология класса жгутиковых, образование покоящихся стадий путем инцистирования. Процесс последовательных делений без стадии роста и увеличения объема получающихся клеток. Монотомические и палинтомические колонии, способ размножения.
Насекомые в жизни человека
Необычайно богатый разнообразием жизненных форм и занимающий практически все уголки планеты мир насекомых характерен тем, что постоянно сталкивается с различными сферами интересов человека.
Современное обычное оружие
Современные боеприпасы (осколочные, шариковые, фугасные, зажигательные) по своей мощности и поражающим факторам можно отнести к средствам массового поражения.