Na pustyni Mojave na zachodzie Stanów Zjednoczonych, uroczy
pustynny szczur drzewny napełnia swój żołądek śmiertelną trucizną. Ten gryzoń żywi się krzewami kreozytowymi, niskimi zaroślami,których liście pokryte są toksyczną żywicą. Żywica stanowi koktajl składający się ze stu związków chemicznych, a głównym z nich jest kwas nordihydrogwajaretowy lub NGDA - związek chemiczny powodujący uszkodzenie wątroby i nerek u myszy laboratoryjnych. Wydaje się, że szczur drzewny nie zwraca na to uwagi. Każdego dnia połyka żywicę w ilościach, która zabiłyby normalną mysz.
Gdy Kevin Kohl dowiedział się o szczurze drzewnym zaczął się zastanawiać, czy w tolerowaniu zabójczej w innych okolicznościach diety nie pomagają gryzoniowi bakterie znajdujące się w jego jelitach. Trzeba pamiętać, że bakterie są wielkimi wirtuozami biochemicznymi i umieją detoksyfikować niemal wszystko, od ropy naftowej do uranu. Ponieważ u każdego ssaka w jelitach znajdują się tryliony drobnoustrojów jest całkowicie prawdopodobne, że niektóre z nich mogą pomagać zwierzętom roślinożernym w neutralizacji trawionych trucizn. Idea wyglądała sensownie, Kohl musiał jedynie ją przetestować,
Pomogła mu natura. Około 17 000 lat temu zmiany klimatu doprowadziły do przeniesienia krzewów kreozytowych z Meksyku i rozprzestrzenienia ich na południu Stanów Zjednoczonych. Gdy osiągnęły pustynię Mojave, zjawił się szczur pustynny, który zaczął je zjadać. Lecz krzew nigdy nie dotarł na północ pustyni Great Basin a szczury pustynne tam mieszkające nigdy nie spotkały się z tymi roślinami.
Kohl wykazał, że u przystosowanych szczurów z pustyni Mojave występują inne drobnoustroje jelitowe niż u rodzimych szczurów z Great Basin. Opisane bakterie także inaczej reagują na działanie toksyn krzewu kreozytowego: u rodzimych (nieprzystosowanych) szczurów kurczą się, podczas gdy u przystosowanych stają się bardziej różnorodne i jest ich więcej, jak również przełączają geny na pomagające w rozkładzie znajdujących się w żywicy toksyn.
Aby potwierdzić koncepcję, że mikroorganizmy mają znaczenie, Kohl zabił je stosując antybiotyki. Następnie szczury pustynne nadal były karmione normalną karmą laboratoryjną. Lecz, gdy jadły krzew kreozytowy nie tolerowały żywicy i traciły szybko na wadze. W ciągu dwóch tygodni wszystkie straciły 10 procent masy ciała i zostały wycofane z doświadczenia. Po usunięciu przez Kohla mikroorganizmów, przystosowane szczury pustynne nie mogły sobie poradzić nawet z małym poziomem krzewu kreozytowego z jakim radziły sobie nawet ich nieprzystosowani kuzyni… Jak napisał badacz: „spowodowało to przekreślenie 17 000 letniego przystosowania ekologicznego i ewolucyjnego zwierząt do składników krzewu kreozytowego”.
I odwrotnie, Kohlowi udało się przekształcić nieprzystosowane szczury pustynne do paszy kreozytowej zarażającje mikroorganizmami od zwierząt przystosowanych. Zrobił to naśladując proces zachodzący w naturze gryzoni czyli mieląc odchody zwierząt przystosowanych i podając je zwierzętom nieprzystosowanym.
Przeniesione w ten sposób mikroorganizmy z powodzeniem skolonizowały jelita swoich nowych gospodarzy i przekazały swoją zdolność detoksyfikacyjną. Kohl mógł szybko to stwierdzić, gdyż toksyny kreaozytowe zmieniają kolor moczu szczura pustynnego na ciemniejszy, natomiast gdy gryzonie rozkładają wystarczająco dużo toksyn w ciągu trzech dni od przeniesienia bakterii, ich mocz odzyskał normalny kolor. Co ważne zwierzęta przybrały na wadze i żyły dłużej od zwierząt nieprzystosowanych (bez przeniesionych bakterii).
Tak, jak w wielu innych badaniach nad mikroorganizmami jelitowymi opisywane doświadczenia przynoszą nowe dowody na słuszność starych idei. Czterdzieści lat temu ekologowie W. J. Freeland i Daniel Janzen postawili hipotezę, że ssaki żywiące się roślinami mogą wykorzystywać swoją jelitową florę bakteryjną do rozkładu toksyn występujących w ich diecie. W ciągu kolejnych dekad inni badacze znaleźli szereg przykładów wspierających ideę Freelanda i Janzena.
Na przykład renifery mogą jeść określony typ porostów zwanych „mchem reniferowym” (chrobotek reniferowy), zawierających silną truciznę tak zwany kwas usninowy. Renifery jedzą bardzo dużo kwasu usninowego, lecz nie ma prawie żadnych śladów kwasu w odchodach - coś musi rozkładać tę truciznę. Oczywistym kandydatem są mikroorganizmy jelitowe, lecz nikt tak naprawdę nie wie, czy to one są odpowiedzialne.
Więcej wiemy na temat bakterii pomagających zwierzętom przeżuwającym z środkowej i południowej Afryki w detoksyfikacji mimozyny, substancji wytwarzanej przez miejscowe drzewo zwane Leucaena. Bakteria rozkładająca mimozynę została nazwana Synergistes jonesii, by uczcić badacza australijskiego Raymonda Jonesa, który ciężko pracował by ją zidentyfikować i opisać. Dzięki jego wysiłkom farmerzy mogą teraz kupować S.jonesii i podawać swojemu bydłu, co umożliwia stosowanie w diecie łatwo pozyskiwanej Leucaeny.
Opisywane bydło, tak jak szczur pustynny, które ma „przeszczepione” bakterie, może natychmiast jeść nowy typ paszy. Jeżeli taka zmiana miałaby następować w wyniku mutacji w genomie zwierząt proces trwał by przez kilka pokoleń do powstania tej cechy w wyniku ewolucji. Lecz polegając na bateriach, które mają odpowiednie „umiejętności”, zwierzęta mogą natychmiast rozszerzyć dostępną dietę.
Być może takie procesy zachodzą w świecie dzikiej przyrody cały czas? Jest to tylko przypuszczenie, lecz wyobraźmy sobie szczura pustynnego zasiedlającego nowy obszar, na którym znajdują się nieznane rośliny. Przy pierwszym kęsie zjada drobnoustroje żyjące na powierzchni roślin - być może w trakcie ewolucji uzyskały one zdolność radzenia sobie z obroną chemiczną rośliny. Znajduje kawałki odchodów na ziemi i też zjada je - być może przejmuje bakterie jelitowe od lokalnych zwierząt, które już się przystosowały do jedzenia lokalnych roślin.
Odniesienie: Kohl, Weiss, Cox, Dale & Dearing. 2014. Mikroorganizmy jelitowe ssaków roślinożernych umożliwiają zjadanie toksyn roślinnych. Ecology Letters http://dx.doi.org/10.1111/ele.12329
Więcej na temat mikroorganizmów jelitowych i detoksyfikacji:
Tłumaczenie: Elżbieta Pląskowska
Desert Rat Relies on Microbes To Detoxify Its Deadly Meals
