文摘
所有的动物依靠独特的微生物来帮助消化食物。食草动物尤其如此,它需要一个复杂的肠道细菌,也称为微生物消化的植物原料他们吃。然而,当涉及到食草动物在海洋里,就像一些鱼,我们更了解微生物在扮演的角色帮助消化食物。更好的被称为海藻,海藻与陆生植物在许多方面,所以食草鱼类可能有独特的方式消化它们。因此,我们调查了一些食草鱼类的肠道微生物在红海,看看他们帮助鱼类消化海藻。令人惊讶的是,我们发现,尽管这些鱼独特的肠道微生物群落,都是由一种巨大的细菌品种似乎已经进化到帮助他们消化最喜欢海藻!
粘稠的海带的重要性
你觉得当你听到这个词海藻?你听起来好吃吗?虽然很多人认为海藻,被科学家称为海洋藻类,粘糊糊的,臭绿色质量他们纠缠在一起在海滩或湖,许多动物觉得海藻很美味!尤其是植物吃鱼,也称为食草鱼类,发现珊瑚礁,这已成为专业从事以不同类型的藻类。藻类有许多不同的形状和大小,从藻类形成短,草与草坪生长在水下的岩石,大型的、艰难的灌木状的形式。藻类形成许多动物的重要栖息地,但是过多的藻类可以杀死或生长过度珊瑚。这可能导致珊瑚礁失去房子的复杂结构,让他们成千上万的物种。鱼吃海藻扮演着重要的角色,通过控制藻类生长在珊瑚礁的数量。当他们去除藻类,也创造新的空间,珊瑚或其他动物可以安定下来和成长。吃海藻,他们帮助珊瑚礁健康的大多数藻类,它允许珊瑚发展壮大,创造更多其他鱼类和动物的栖息地生活!
然而,这些食草鱼类面临一个大问题,当他们吃海藻。它是不容易消化的!藻类,像所有的生物一样,是由细胞组成的,每个专业在一定的角色。藻类的细胞复杂,大型的糖链,称为多糖(发音“pol-ee-sack-ah-ride”)。不同藻类有自己的、独特的构图这些大糖链在细胞(图1)。从藻类中获取能量,食草鱼类需要打破这些大型连锁店。在分子称为鱼的内脏酶(认为分子或化学剪刀),这些糖链分解成更小的部分鱼可以吸收到他们的身体。有许多不同类型的这些酶,功能就像不同的工人施工队伍。每个酶都有一个特定的工作分解的不同部分藻类。然而,不是所有的鱼都有正确的酶来分解藻类。那么,他们是如何能够得到从藻类难以消化的营养吗?
- 图1不同类型的海洋藻类的例子,或海藻,包括棕色,红色和绿色的类型。
- 每种类型的藻类有不同的糖链,称为多糖,它使细胞。这意味着每个鱼需要特殊类型的酶,或分子剪刀,帮助每个海藻藻类(单数)分解成较小的营养物质更容易消化。如果他们没有合适的酶,那么他们将无法打破藻类食物。
细菌帮助消化食物
在陆地上,我们知道了很多关于食草动物如何消化植物中复杂的多糖,在结构上类似于藻类。大多数食草动物依赖很小微生物生活在他们的肠道分解植物。这些特殊的肠道微生物进化酶他们需要从食物中获取能量,食草动物,如牛,依靠他们的肠道微生物,将他们吃草和干草分解成分子他们能吸收1]。微生物中发挥非常重要的作用,允许这些动物从食物中获取能量他们不能自己吃。虽然我们很了解这种关系和陆地动物它是如何工作的,它是如何工作的海洋动物在很大程度上是未知的。重要的是了解海洋动物,像鱼,消化食物,因为它可以让我们更好地理解他们可以吃什么以及如何他们之间共享不同种类的藻类(2]。
因此,本研究的目的是要首先考虑肠道微生物群落食草珊瑚礁鱼了解重要的肠道微生物在帮助消化,并看看不同的鱼有不同的肠道微生物群落。
我们所做的
了解食草鱼类依靠他们的肠道微生物消化海藻,我们收集样本的胃食草的,像Bluespine unicornfish和Sohal热带鱼的一种,在红海。我们收集到的鱼,我们知道吃不同种类的藻类,看看不同的饮食会改变肠道微生物的鱼。接下来,我们不得不看到如果微生物有正确的工具,或酶,需要打破吃的海藻。为此,我们观察了成绩单就像建筑规范,细胞用来制造分子像酶一样,由鱼的肠道微生物!
我们发现
首先,我们发现的微生物我们采样的所有鱼的肚子,有一种最常见的微生物-Epulopiscium。Epulopiscium(发音“E-pool-oh-piss-ee-um”)是一个巨大的微生物,超过1000倍比其他常见的肠道微生物和人类头发的宽度一样大!有趣的是,这种大型的微生物不仅主宰了肠道微生物群落,但是不同的鱼有不同类型的Epulopiscium生活在(图2)!鱼吃的主要是褐藻类型的Epulopiscium生活在他们的胃没有发现其他鱼类的胃,吃的主要是红色和绿色的藻类。这表明,因为这些鱼吃不同的藻类,他们需要一种不同的肠道微生物群落来消化食物。
- 图2 -图显示不同的肠道微生物之间的两种热带鱼的一种吃不同种类的藻类。
- Bluespine unicornfish吃主要是褐藻和巨大的微生物类型的JEpulopiscium,而Sohal热带鱼的一种吃的大多是红色和绿色的藻类和A1型Epulopiscium小的图表所示,显示每一个巨大的微生物类型的相对量。这些巨大的微生物,关于人类头发的宽度的大小,是专业只能分解的各种藻类宿主鱼喜欢吃。他们通过分裂复杂的糖链,称为多糖,分成更小、更容易理解的片段的酶所代表的颜色的剪刀。从BioRender胃和微生物图像©并从FishBase鱼图像。
事实上,当我们看着这些庞大的微生物的酶,我们发现他们产生某种酶,能够分解不同组件的藻类鱼喂养。这意味着食草鱼类的胃吃褐藻微生物酶的机器需要打破褐藻。这些相同的布朗鲈鱼肠道微生物不会成功地打破绿色或红色海藻。我们首次发现,食草鱼类含有特殊群体的肠道微生物与酶的工具需要分解的特定类型的藻类吃!这是惊人的,尤其是消化这一切似乎是由巨人Epulopiscium。在其他动物,特别是陆地哺乳动物,有一个更加多样化的社区的肠道微生物帮助分解植物(3]。原来,热带食草鱼类进化出了不同的,或许独特,消化复杂藻类的方法他们吃!
我们甚至发现这个巨大的微生物及其酶的数量变化的胃内每天吃鱼图3)。食草鱼类醒来后,他们开始他们的一天寻找藻类吃,和每天大部分的寻找他们最喜欢的藻类食物。白天的时候积极进食,巨大的微生物Epulopiscium最活跃,产生大量的酶来分解藻类。但是晚上不吃鱼时和休息,Epulopiscium减慢和停止生产的很多这些酶,因为没有任何新的藻类在胃里,帮助消化。因为的活动Epulopiscium波动与藻类的数量鱼吃了一整天,这提供了强有力的证据表明,这些鱼严重依赖他们Epulopiscium肠道微生物帮助分解藻类他们吃!
- 图3 -图显示的摄食活动Sohal热带鱼的一种的一天。
- 我们发现巨大的微生物的活动Epulopiscium密切遵循宿主鱼的摄食活动,提供的证据表明,他们扮演着重要的角色在帮助鱼消化海藻是白天吃。巨大的微生物的活性高于喂养活动因为它消化海藻在鱼的肚子吃海藻。从BioRender微生物图像©并从FishBase鱼形象。
为什么这很重要?
似乎很明显,鱼类肠道微生物群落适应他们生活在鱼的饮食。然而,这是之前没有人详细描述。这一发现之间的密切关系Epulopiscium微生物和宿主鱼的饮食对我们如何看待食草行为有重大影响珊瑚礁。首先,这些一致的不同类型的肠道微生物可能提供一种食草鱼类占据相同的珊瑚礁和低竞争有限的食品。如果他们只能消费和消化某些藻类,那么他们不太可能吃海藻,其他物种是专门消化。其次,这意味着这些鱼可能更有限的比此前认为的他们可以吃的东西。食草鱼类可能无法得到能量来自不同种类的藻类通常不吃。诸如环境污染、气候变化可以改变藻类物种珊瑚礁的类型和可能改变食草鱼类群落组成的只有那些能消化最常见的藻类。但我们也知道,肠道微生物群落可能并不总是稳定的,可能随着时间而改变4]。与改变藻类社区、食草鱼类可能会改变他们的肠道微生物的不同更好地消化海藻。然而,肠道微生物群落的灵活性是我们仍然知之甚少在海洋鱼类和为未来的研究是一个重要的领域!
这些红海热带鱼的一种教我们很多关于食草鱼类取决于他们巨大的肠道微生物能够吃海藻。然而,我们只有看着几个物种,有许多不同种类的食草鱼类。我们越了解这种独特的鱼之间的关系和他们的肠道微生物在红海,更好的我们将能够了解食草鱼类能够函数,和世界各地!
术语表
多糖:↑的能量来源是由糖分子链连接在一起,例如,蔗糖。蔗糖是一种多糖由两个单糖molecules-glucose和fructose-linked在一起。
酶:↑一个分子,帮助加速化学反应。消化,酶是用来打破化学键分子间产生更小,更容易消化的分子,有点像剪刀。
微生物:↑微小的生物在我们周围的环境和我们内心。它们包括各种细菌,和相关的细菌。他们扮演着一个关键角色,帮助动物消化食物。
成绩单:↑也被称为信使RNA,它是一个副本的细胞的DNA。它是一条指令细胞知道如何构建不同类型的蛋白质,如酶。
Epulopiscium:↑大量的微生物(比一根头发的宽度和小于一只青蛙蛋),发现了生活的胃内某些种类的热带热带鱼的一种。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
原始的文章
↑恩,d K。、宅一生。卡希尔,M。Vinu, M。Hackmann, t·J。布鲁姆,J。,等。2017。基因组的多元化巨型肠共生体体现主人的饮食生活方式。Proc。国家的。学会科学。美国114:e7592 - 601。doi: 10.1073 / pnas.1703070114
引用
[1]↑白色,b。狠狠地,R。拜耳,大肠。弗林特,h . j . 2014。由肠道微生物生物利用率。安。启Microbiol。68:279 - 96。doi: 10.1146 / annurev -微- 092412 - 155618
[2]↑宅一生,S。恩,d K。Stingl,美国2015年。饮食强烈影响肠道微生物群热带鱼的一种。摩尔。生态。24:656 - 72。doi: 10.1111 / mec.13050
[3]↑雷,r E。Hamady, M。Lozupone C。恩伯,p . J。Ramey, R R。伯奇主义分子,j·S。,等。2008。哺乳动物和他们的肠道微生物的进化。科学20:1647-51。doi: 10.1126 / science.1155725
[4]↑琼斯,J。DiBattista, j . D。统计,M。Bunce, M。博伊斯,m . C。、Fairlough d V。,等。2018。胃肠道微生物的range-shifting海洋食草鱼类。前面。Microbiol。9:2000。doi: 10.3389 / fmicb.2018.02000