Трансплантация фекалий позволяет гоферам есть ядовитые растения

Гоферы (древесные крысы) потеряли способность питаться токсичным креозотовым кустом после того, как антибиотики убили их кишечные микробы. Гоферы, которые никогда не ели эти растения, смогли это делать после получения фекальных трансплантатов с микробами от особей, питающихся креозотом. Это обнаружили биологи из Университета Юты.

Новое исследование подтверждает давнее предположение биологов: бактерии в кишечнике — а не только ферменты печени — «имеют решающее значение, позволяя травоядным питаться ядовитыми растениями», — говорит биолог Кевин Коль, первый автор статьи, опубликованной в журнале Ecology Letters.

Исследование поднимает две проблемы:

• Исчезающие виды могут потерять разнообразие кишечных микробов при разведении в неволе. Оставляет ли это их неспособными потреблять токсичные растения при выпуске в дикую природу?
• Скоту часто дают антибиотики для роста. Ухудшает ли это его способность есть ядовитые растения при засухе?

Исследование может повлиять на сельское хозяйство в засушливых регионах, где много токсичных растений. Нельзя ли с помощью межвидовой трансплантации микробов помочь скоту расширить рацион? Коль хочет пересадить микробы гофера овцам или козам, чтобы проверить, повысит ли это их толерантность.

Ускорение диетической эволюции с помощью трансплантатов

Многие растения производят токсичные химические вещества для защиты. Большинство млекопитающих — травоядные, и их тела должны справляться с сотнями токсинов. «Токсины растений определяют, какие растения может есть травоядное», — говорит Коль.

Помимо ферментов печени, согласно общепринятому мнению, кишечные микробы также помогают некоторым травоядным есть ядовитые растения. Исследование подтвердило это на примере пустынных гоферов (Neotoma lepida).

Около 17 000 лет назад, когда юго-запад США высох и сформировались пустыни, креозот (родом из Мексики) переместился на север в пустыню Мохаве и заменил там можжевельник. Гоферы в Мохаве начали есть креозот, а в Большом Бассейне продолжили есть токсичный можжевельник.

Ученые полагают, что микробы ускорили диетическую адаптацию древних гоферов в Мохаве. «Передача токсин-разрушающих микробов от одного организма к другому происходит гораздо быстрее», — говорит Денис Диринг, старший автор исследования.

Эксперименты и результаты

В первом эксперименте ученые обнаружили, что диета определяет состав кишечных микробов. Кишечник гоферов, питавшихся креозотом, был полон микробов, которые могут разлагать креозот, в то время как у контрольной группы их уровень был в четыре раза ниже.

Во втором эксперименте антибиотик неомицин убил около 90% кишечных микробов. Группа гоферов, лишенных микробов и переведенных на диету с креозотом, не смогла его есть и потеряла 10% массы тела за 13 дней. Контрольная группа, не питавшаяся креозотом, не пострадала.

В третьем эксперименте биологи ускорили «эволюцию», используя фекальные трансплантаты. Гоферы, питающиеся можжевельником (из Большого Бассейна), получали фекалии либо от других «можжевеловых» гоферов, либо от «креозотовых» (из Мохаве). Затем обе группы перевели на диету с креозотом.

• Гоферы, получившие микробы от «креозотовых» особей, продержались 11 дней на новой диете без значительной потери веса.
• 65% гоферов, получивших фекалии от «можжевеловых» особей, не приобрели нужных микробов и потеряли 10% веса к 11-му дню.

Обе группы ели одинаковое количество креозота. Разница была в физиологии: у группы без «правильных» микробов моча была более кислой, что указывало на большие энергозатраты печени на детоксикацию. У группы с трансплантатом кишечные микробы, вероятно, взяли на себя большую часть детоксикации, сняв нагрузку с ферментов печени.