مزيل العرق البكتيري: علاقة تكافلية بين ضفادع الأشجار والبكتريا الزائفة

يبدأ النهر ببروك أزرق ، لكن الصداقة تبدأ بعلاقات تكافلية متبادلة المنفعة بين كيانين بيولوجيين. في ظروف قاسية من البرية ، عندما يريد نصف سكانها أكلك ، نادراً ما تساعد الابتسامات. ولكن ما يساعد بالضبط هو التكافل المذكور أعلاه - التعاون متبادل المنفعة بين الأفراد من الأنواع المختلفة. يتلقى كل مشترك في مثل هذه العلاقة شيئًا خاصًا به: الحماية والغذاء والمنزل والسيارة ، إلخ. ولكن هنا تحتاج ضفادع الأشجار من فصيلة بوانا بوانا إلى التعايش مع بعض أنواع البكتيريا في شؤون الحب. اليوم سوف نتعرف على الملاحظات المدهشة للعلماء الذين وجدوا أن البكتيريا التي تعيش على جلد الضفادع تساهم في إطلاق عطر فريد من نوعه بين الجنسين ، والذي يلعب دورًا مهمًا في العثور على شريك ، وبالتالي في التكاثر. لماذا قام العلماء باستنشاق الضفادع ، وما الذي يشمونه (مثل الضفادع ، وليس العلماء) ، وكيف نشأ هذا التعايش غير العادي بين البرمائيات والبكتيريا؟ الإجابات تنتظرنا في تقرير مجموعة الدراسة. دعنا نذهب.

عن الصداقة في الطبيعة

بالنسبة لشخص ما ، تكون فائدة الصداقة عادةً نفسية (عاطفية) بطبيعتها. نلتقي بأشخاص جدد ، ونبدأ في تكوين صداقات والتواصل لأننا ببساطة نستمتع بها. يمكن قول الشيء نفسه عن حيواناتنا الأليفة. القطط ، الكلاب ، الهامستر ، الأسماك ، إلخ. إنهم أصدقاء لشخص وأكثر احتمالًا من الدعم الجسدي. على الرغم من وجود أشخاص يعيشون على مبدأ الأم من فيلم "Prostokvashino":

- حسنا ، أنت نفسك تعتقد ، ما فائدة هذه القطة؟
"حسنًا ، لماذا هذا جيد بالضرورة؟" ما ، على سبيل المثال ، هو استخدام هذه اللوحة على الحائط؟
- هذه الصورة على الحائط مفيدة للغاية - إنها تمنع ثقبًا في ورق الحائط!

ولكن العودة إلى النباتات والحيوانات. في البرية (لن نفكر في التعايش في ظل ظروف خاضعة للرقابة) ، فإن العلاقات بين ممثلي الأنواع المختلفة ضرورية للبقاء أو لحياة أكثر راحة.


مهرج السمك في شقائق النعمان.

ومن أبرز الأمثلة على ذلك أسماك المهرج وشقائق النعمان البحرية (شقائق البحر). فالأسماك ، على مرأى من الناس يصيحون شيئًا مثل "أوه ، نيمو!" ، الذين يعيشون داخل شقائق النعمان ، يتمتعون بالحصانة من خلاياهم (خلايا لاذعة / لاذعة) ، لكن الحيوانات المفترسة شديدة الحساسية. بمعنى آخر ، تعيش أسماك المهرج في منزل به سياج كهربائي. تستفيد الأكتينيوم من هذا الحي في شكل مغذيات من المنتجات الحيوية للأسماك (نعم ، تبدو عبارة "علاقات جديدة" لشقائق النعمان حرفيًا تمامًا).


تعايش غير عادي آخر ، بعض أنواع شقائق النعمان مع سرطان البحر الناسك.

من أعماق البحر ننتقل إلى مرج مزهر. من الذي نمثله دائمًا بجانب الزهرة؟ بالطبع النحل. هذه مدمني العمل يجمعون الرحيق من الزهور ، أي أنهم يتلقون الطعام. في الوقت نفسه ، أثناء الطيران من زهرة إلى زهرة ، ينفذون ما يسمى التلقيح غير المباشر ، مما يساعد النباتات في التكاثر. بمعنى آخر ، إلى السؤال "ماذا ، هل تحمل شمعة؟" سوف تجيب النحلة بالإيجاب ، وبعد ذلك ستخنقك لمثل هذه الأسئلة غير المناسبة.


النحل على عباد الشمس.

بالإضافة إلى النحل ، هناك أنواع أخرى من الحشرات (النمل ، النحل ، الفراشات ، إلخ) ، وكذلك الفقاريات (الطيور ، الخفافيش ، القوارض ، إلخ) تساعد النباتات أيضًا في التلقيح.

كما فهمنا بالفعل ، فإن العلاقات التكافلية ليست غير شائعة. نحن مندهشون إلى حد ما من المشاركين في هذه العلاقات ، بدلاً من حقيقة وجودهم.

تجدر الإشارة إلى أن الرائحة هي إشارة كيميائية تتيح لك الحصول على معلومات معينة حول مصدرها. لا يقتصر الأمر على استخدام الضفادع فحسب ، بل تستخدم أيضًا أنواعًا كثيرة من الفقاريات كوسيلة لتبادل المعلومات. تذكر ما تفعله القطط (خاصةً في فصل الربيع في كثير من الأحيان) - وبهذه الطريقة تقوم بإبلاغ الممثلين الآخرين بأنواعها عن وجودها ، والحق في الأرض ، إلخ إذا أخذنا في الاعتبار مصادر الروائح بشكل عام ، فهناك عدة مصادر رئيسية:

• تخليق إفرازي أولي (دي نوفو) في بعض الغدد ؛
• المنتجات الثانوية للإفراز ، أي إفرازات النشاط الحيوي للجسم ؛
• استخدام البيئة ؛
• منتجات التمثيل الغذائي للبكتيريا التكافلية.

بالعودة إلى السبعينيات من القرن الماضي ، تم إعلان "نظرية التخمير" ، والتي تنص على أن البكتيريا التكافلية في الثدييات تستقلب البروتينات والدهون الموجودة في الغدد العطرية. وبالتالي ، يتم إنتاج المركبات المتطايرة التي يستخدمها الناقل للاتصال.


ضفدع النمر.

إذا تحدثنا عن الضفادع والضفادع ، فإن الطريقة الرئيسية لنقل المعلومات (أي الاتصالات) كانت تعتبر دائمًا أصوات (إشارات صوتية). لكن الروائح لم تحظى بالكثير من الاهتمام ، معتبرة أنها ليست مهمة في هذه العملية. اتضح أن هذا كل شيء مختلف. الرائحة ليست مهمة للغاية في نقل المعلومات (تحديد الجنس ، جذب الشريك ، الحماية من الحيوانات المفترسة ، إلخ) ، بل تنشأ أيضًا بمساعدة الكائنات التكافلية ، وهي البكتيريا.

تمكن العلماء من اكتشاف أن السر الذي يفرزه جلد الضفادع يحتوي على كبريتيدات عضوية * ، وسيسكيتربن * و ميثوكسي بيرازينز * . مصدر هذه المركبات الكيميائية هو البكتيريا من مجموعة Pseudomonas التي تعيش على جلد الأفراد الذين شملتهم الدراسة.

الكبريتيدات العضوية * - نظائرها المحتوية على الكبريت من الإيثرات.

Sesquiterpenes * - مجموعة من المركبات العضوية من فئة التربين ، والتي تشمل الهيدروكربونات من C ₁₅ H ₂₄ إلى C ₁₅ H ₃₂ .

ميثوكسي بيرازين * مركبات كيميائية تنتج روائح.

كما ذكرت سابقًا ، اختار العلماء ضفادع الأشجار من فصيلة Boana prasina التي تعيش في منطقة أمريكا الجنوبية كموضوعات. هذا النوع له فترة تكاثر طويلة نوعا ما ، خلالها يستخدم الذكور إشارات صوتية وينبعثون رائحة قوية جدا ومميزة. يؤكد العلماء أن الدراسات التي أجريت حول دور الروائح في النشاط الاجتماعي لضفادع الأشجار قد أجريت بالفعل ، لكن مصدر هذه الروائح لم يتم بعد التحقيق فيه.

والآن ، بعد التعرف على مفهوم التكافل والمشاركين في الأبحاث وأهداف العلماء ، سنبدأ في التعرف على نتائج الملاحظات.

نتائج البحوث

باستخدام TFME (الاستخراج الدقيق للطور الصلب) و GC / MS (كروماتوجرافيا الغاز / قياس الطيف الكتلي) ، تمكن العلماء من إثبات أن تكوين الإفراز المتطاير لجلد الذكور والإناث من النوع B. يشمل براسينا حوالي 60-80 مركبات كيميائية مختلفة ، بما في ذلك الكحول والألدهيدات والألكينات والإسترات والكيتونات والميثوكسيبيرازين والتيربين (الهيماتيربين والأحادي المكورات السيسكيتيربينات) والثايوثيرات.


الصورة رقم 1: مقارنة التركيب الكيميائي للإفراز المتطاير للجلد من الذكور والإناث من B. prasina.

التعيينات على الرسم البياني أعلاه: الممسحة - ميثوكسي برزين ؛ هيت - hemiterpenes. Mnt أحادي التآكل. Sqt - sesquiterpenes؛ حمض الهيدروكربونات إصبع القدم ثيوثرات. إسترات إثنية؛ الكيتونات ج * - المركبات العطرية الموجودة أيضا في مرابي حيوانات.


الجدول رقم 1: بيانات التحليل الكيميائي للإفراز المتطاير للجلد من الذكور والإناث من الأنواع B. براسينا.

في الوقت نفسه ، اتضح أن غالبية كل هذا "الحساء المعطر" لكلا الجنسين هو الهيماتيربين والكيتونات والكحول (49.9-78.3٪).

إذا قارنا التركيب الكيميائي لتحديد اختلافاته في الذكور والإناث ، فسيتم التمييز بين SQT (sesquiterpenes) و TOE (thioesters) و MOP (methoxypyrazines) ، والذي يظهر في 2A و 2B .


الصورة رقم 2: تحليل مقارن للتركيب الكيميائي لإفراز الذكور والإناث.

يعتمد الرسم البياني المزدوج 2A على المحتوى النسبي للمركبات المتطايرة. يتم تصوير العينة النثرية التشتت كدائرة للإناث ومثلث للذكور. يوضح الشكل 2 ب المساهمة النسبية لكل فئة من المركبات الكيميائية في المكونات الأربعة الرئيسية الأولى التي تم الحصول عليها في تحليل PCA (طريقة المكون الرئيسي). يشير حجم الدائرة إلى القيمة المطلقة للمساهمة ، ويشير اللون (من الأحمر إلى الأزرق) إلى المساهمة السلبية أو الإيجابية.

بفضل إنشاء وظيفة LDA (التحليل التمييزي الخطي) ، أصبح من الواضح للعلماء أنه من الممكن التمييز بين جنس الفرد من خلال ملف تعريف كيميائي ( 2C ): اختبار Kruskal-Wallis: DF = 1 ، P = 0.001.

شرح بسيط للمصطلحات في البيانات:

• تعني كلمة "تفاعل" أنه عند تحليل البيانات ، تم أخذ كلا العاملين في الاعتبار - جنس الفرد وطريقة أخذ العينات ؛
• كلمة "جنس" تعني تحليل البيانات فقط لتحديد الجنس في ظل ظروف معينة من أخذ العينات ؛
• في الجسم الحي - تحليل كائن حي (وليس على عينة مأخوذة منه) ؛
• عينة - تحليل عينات الجلد المأخوذة من فرد حي (يتم تحليلها بشكل منفصل عن الفرد نفسه).

من بين الفئات الثلاثة الأكثر تميزا (TOE ، SQT ، و MOP) ، فإن MOPs (ميثوكسي بيرازين) هي التي كانت أكثر وضوحا عند الإناث منها في الذكور. هذا واضح من اختبار نسبة الاحتمال. التفاعل: ₁ ² ₁ = 1.20 ؛ P = 0.2729 ؛ الجنس: χ ² ₁ = 12.778 ؛ P = 0.0004.

وعلاوة على ذلك ، في الذكور SQT (sesquiterpenes) كانت أعلى من الإناث. التفاعل: ₁ ² ₁ = 23.817 ؛ P <0.0001 ؛ الجنس (في الجسم الحي): χ ² ₁ = 22.933؛ P <0.0001 ؛ الجنس (عينة): χ ² ₁ = 1.317 ؛ P = 0.2511.

أخيرًا ، أظهر تحليل بيانات TOE (thioesters) أن الذكور لديهم أكثر من هذا المركب الكيميائي ، ولكن فقط عند تحليلهم على فرد حي (في الجسم الحي). التفاعل: ₁ ² ₁ = 10.618 ؛ P = 0.0011 ؛ الجنس (في الجسم الحي): χ ² ₁ = 10.9505 ؛ P = 0.0009 ؛ الجنس (عينة): ₁ ² ₁ = 2،0051 ؛ P = 0.1568.

عند فحص أكثر تفصيلاً لتكوين SQT و TOE ، حدد العلماء مادتين رئيسيتين تم التعبير عنهما أكثر ، وهما ثنائي هيدروليدان 2 في SQT و C ₆ H ₁₂ S في TOE.

علاوة على ذلك ، قرر الباحثون التعامل مع ميثوكسي بيرازين (MOP) بمزيد من التفصيل ، منها 4 تم عزلها:

• MOP1 - 2-إيزوبروبيل -3 ميثوكسي بيرزين (C ₈ H ₁₂ N ₂ O)
• MOP2 - 3-إيزوبروبيل -2 ميثوكسي -5-ميثيل بيرزين (C ₉ H ₁₄ N ₂ O)
• MOP3 - 2 - ثانية - بوتيل - 3 - ميثوكسي بيرزين (C ₉ H ₁₄ N ₂ O)
• MOP4 - 3 ثوانى - بوتيل - 2 - ميثوكسي - 5 - ميثيل بيرزين (C ₁₀ H ₁₆ N ₂ O)

الصورة 3: بيانات جميع الأنواع الأربعة من المناطق المحمية البحرية في الذكور والإناث.

كما يتضح من بيانات التحليل ، فإن MOR3 واضح للغاية في الذكور ، ولكن ليس في الإناث ، بغض النظر عن طريقة التحليل (التفاعل: χ ² ₁ = 0.1219 ؛ P = 0.727 ؛ الجنس: χ ² ₁ = 49.4548 ؛ P <0 ، 0001).

لكن MOR4 ، على العكس من ذلك ، يتم التعبير عنه بقوة في الإناث وليس في الذكور (التفاعل χ ² ₁ = 5.3977 ؛ P = 0.0202 ؛ الجنس (في الجسم الحي): χ ² ₁ = 25.5523 ؛ P <0.0001 ؛ الجنس (عينة): χ ² ₁ = 33.1275 ؛ P <0.0001).

تم تمثيل MOP1 و MOP2 بشكل ضعيف في كلا الجنسين وشكلوا معا ما يقرب من 0-12.8 ٪ من إجمالي عدد ميثوكسيبيرازين.

اكتشفنا البيانات والأرقام والمقارنات لـ "من لديه المزيد" ، والآن الأكثر إثارة للاهتمام.

الحقيقة هي أن TOE و MOP هي مركبات كيميائية يتم إنتاجها (عادة) بواسطة الكائنات الحية الدقيقة. لذلك ، كان على العلماء التحقق مما إذا كان هذا هو الحال مع ضفادع الأشجار. تم أخذ عينات من البكتيريا المرتبطة بالجلد تم عزلها واستزراعها وتحديدها.

من الانتباه ، 128 مستقلب في البكتيريا ، حدد العلماء 16 ، والتي كانت أيضا في الضفادع. وكذلك تم التعرف على 5 مركبات تم العثور عليها فقط في البكتيريا.


الصورة رقم 4: 4A - MPA الموجودة في جلد الضفادع (1-4) وفي بكتريا Pseudomonas (5-8) ، 4B - GC / MS اللوني للتيار الكلي الأيوني ، والتي تبين إنتاج MPA 1-8 (يسار) من بكتريا Pseudomonas المستزرعة في مولر - هينتون آجار (يمين).

وهنا حقيقة أخرى مثيرة للاهتمام للغاية - تم إنتاج جميع الأنواع الأربعة من المناطق البحرية المحمية (فحصناها في وقت سابق) بواسطة عزل بكتيري واحد. بالإضافة إلى تلك الموجودة في الضفادع MPA 1-4 ، أنتجت البكتيريا عدة أخرى (5-8 في الصورة 4A ) ، والتي لم يتم اكتشافها في الضفادع. تجدر الإشارة إلى أنه في البكتيريا ، كان MPA الأكثر "كتلة" هو رقم 5 (C ₇ H ₁₀ N ₂ O أو 2-methoxy-3،5-dimethylpyrazine) ، وهو ما يمثل حوالي 82.4 ± 16.7 ٪ من إجمالي عدد الميثوكسيبيرازين.

أظهرت مقارنة بين MOP1-4 في البكتيريا والضفادع أن MOP2 يتم التعبير عنه بشكل أفضل في البكتيريا (5.9 ± 6.9٪) ، ولكن MOP3 و MOP4 أسوأ مما هو عليه في الضفادع (2.6 ± 5.0٪ و 2 ، 7 ± 2.1 ٪ ، على التوالي).


الصورة رقم 5: مجموعة من البكتيريا على جلد أشخاص اختبار مأخوذة من مناطق مختلفة وفي أوقات مختلفة.

تم أخذ الأفراد من الدراسة من البرية ، وبشكل أكثر دقة من 4 مناطق مختلفة ( 5A ). يختلف عدد البكتيريا في الأفراد من مختلف المناطق ويعتمد على الوقت الذي يقضيه في الأسر ( 5B ).

على الرغم من الاختلافات في أكثر من نصف عدد الوحدات التصنيفية النشطة (OTUs) التي لوحظت في مستعمرات بكتيريا الجلد في أربعة مواقع (60-63٪) وفي خمس فترات مختلفة لأخذ العينات (56-66٪) ، يمكن التعرف عليها كممثلين للعائلات البكتيرية التالية: Enterobacteriales ، Pseudomonadales ، Methylophilales ، Oceanospirillales ، Actinomycetales ، Bacillales ، Alteromonadales and Burkholderiales . وكان أكثر وضوحا من بين هذا التنوع كلبسيلا ( Enterobacteriales ) و Pseudomonas ( الزائفة ). هذا يظهر في الرسوم البيانية 5A و 5B .

لم يتم العثور على اختلافات معينة بين الأفراد الذين تم اختبارهم من مناطق مختلفة. لكن تأثير الوقت في الأسر كان واضحًا. وهكذا ، انخفض تنوع البكتيريا وأعدادها بمرور الوقت (في الأسر): اليوم الأول - 163 ± 26 ، الثالث: 145 ± 35 ، 10: 100 ± 9 ، 2 أسابيع: 104 ± 41 و 8 أشهر : 155 ± 34.

الفرق ، اعتمادًا على منطقة الإقامة والوقت في الأسر ، كان واضحًا أيضًا بين بكتريا Pseudomonas . تم العثور على بعض OTUs فقط في الضفادع من منطقة معينة ( 5C ) أو تم عرضها بالفعل في الأسر ( 5D ). ولكن لا تزال توجد 4 أنواع من البكتيريا من هذا الجنس في معظم العينات ، أي أنها لا تعتمد على العوامل الجغرافية والوقت في بيئة مختبرية محكومة. في الوقت نفسه ، كان هناك اختلاف في عدد بكتيريا Pseudomonas في الذكور (في المتوسط ​​1.7 ٪) والإناث (في المتوسط ​​2.4 ٪). انخفضت هذه المؤشرات أثناء بقائها في الأسر في كلا الجنسين ، وخاصة خلال الأيام الثلاثة الأولى: من الحد الأقصى في اليوم الأول من 8.8 ± 4.3 ٪ إلى الحد الأقصى في 3 - 0.4 ± 0.2 ٪.

بالنظر إلى البيانات التي تم تحليلها ، يمكن الاستنتاج أن بكتريا Pseudomonas هي التي تشارك بنشاط في إفراز المركبات المتطايرة التي يستخدمها الناقل ، أي الضفادع ، لتحديد الجنس ، تجذب شريكًا خلال موسم التكاثر وكحماية ضد الحيوانات المفترسة.

للتعرف أكثر تفصيلاً على الفروق الدقيقة في الدراسة ، أوصي بأن تنظر في تقرير مجموعة الأبحاث والمواد الإضافية إليه.

خاتمة

حقيقة أن الروائح تلعب دورًا مهمًا للغاية في حياة العديد من الكائنات الحية ، بما في ذلك البرمائيات ، معروفة منذ بعض الوقت. ومع ذلك ، فإن مثل هذه الدراسات ، التي تهدف إلى تحديد المصدر الرئيسي لهذه الروائح وآليات إنتاج المركبات الكيميائية المتطايرة ، لم تجر بعد.

كان العلماء قادرين على معرفة بالضبط المركبات الكيميائية المهمة لتشكيل الروائح وما ينتج عنها. جلد ضفادع الأشجار موطن لعدد من البكتيريا من عائلات مختلفة. يقترح العلماء أن الجزيئات الحيوية التي يتم تصنيعها بواسطة جلد البرمائيات تعمل كمرشح يمكن من خلاله تكوين مجموعات فريدة من أنواع مختلفة من البكتيريا على الجلد. ويمكن أن تعمل المركبات المتطايرة التي تفرزها البكتيريا Pseudomonas التي تنتجها MOP في جلد الضفدع كمواد كيميائية ، أي وسيلة للتواصل بين البكتيريا نفسها.

في المقابل ، تستخدم ضفادع الأشجار هذا كواحد من أنواع الإشارات التي تُعطى للأفراد الآخرين خلال موسم التزاوج مع الإشارات الصوتية ، وهو ما تؤكده الاختبارات السلوكية في البرية وفي الظروف المختبرية.

في المستقبل ، سيستمر الباحثون في عملهم من أجل دراسة تفاعل البكتيريا والضفادع الشجرية بمزيد من التفصيل. يسمي العلماء هذا العمل بالخطوات الأولى في فهم العلاقة التكافلية بين البرمائيات (وليس فقط) والكائنات الحية الدقيقة المختلفة.

نعم ، قد لا يكون لهذه الدراسات أي فائدة عملية للبشرية ، على الرغم من أنه من السابق لأوانه الحديث عنها ، لأن أحد الاكتشافات يمكن أن يؤدي إلى سلسلة من الاكتشافات الجديدة التي يمكن أن تؤثر على حياتنا بطريقة ما. لكن ما توفره هذه الدراسات بالضبط هو معرفة وفهم جوانب العالم من حولنا ، والتي ما زلنا لا نعرف عنها كل شيء.



شكرا لك على البقاء معنا. هل تحب مقالاتنا؟ تريد أن ترى المزيد من المواد المثيرة للاهتمام؟ ادعمنا عن طريق تقديم طلب أو التوصية به لأصدقائك ، خصم 30 ٪ لمستخدمي Habr على تناظرية فريدة من خوادم الدخول التي اخترعناها لك: الحقيقة الكاملة حول VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1 جيجابت في الثانية من 20 $ أو كيفية تقسيم الخادم؟ (تتوفر خيارات مع RAID1 و RAID10 ، ما يصل إلى 24 مركزًا وما يصل إلى 40 جيجابايت من ذاكرة DDR4).

VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 مراكز) 10GB DDR4 240GB SSD بسرعة 1 جيجابت في الثانية حتى الصيف مجانًا عند الدفع لمدة ستة أشهر ، يمكنك طلب هنا .

ديل R730xd 2 مرات أرخص؟ لدينا فقط 2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD بسرعة 1 جيجابت في الثانية 100 TV من 249 دولارًا في هولندا والولايات المتحدة الأمريكية! اقرأ عن كيفية بناء البنية التحتية فئة باستخدام خوادم V4 R730xd E5-2650d تكلف 9000 يورو عن بنس واحد؟