Bakterial deodorant: hubungan simbiotik antara katak pohon dan bakteri Pseudomonas

Sebuah sungai dimulai dengan sungai biru, tetapi persahabatan dimulai dengan hubungan simbiosis yang saling menguntungkan antara dua entitas biologis. Dalam kondisi liar yang keras, ketika setengah dari penghuninya ingin memakan Anda, senyum jarang membantu. Tetapi apa yang sebenarnya membantu adalah simbiosis tersebut di atas - kerjasama yang saling menguntungkan antara individu-individu dari spesies yang berbeda. Setiap peserta dalam hubungan semacam itu menerima sesuatu sendiri: perlindungan, makanan, rumah, kendaraan, dll. Tapi di sini katak pohon dari spesies prasana Boana perlu simbiosis dengan bakteri tertentu untuk urusan cinta. Hari ini kita akan berkenalan dengan pengamatan menakjubkan dari para ilmuwan yang menemukan bahwa bakteri yang hidup pada kulit katak berkontribusi pada pelepasan aroma unik untuk jenis kelamin individu, yang memainkan peran penting dalam menemukan pasangan dan, karenanya, dalam reproduksi. Mengapa para ilmuwan mengendus katak, seperti apa baunya (katak, bukan ilmuwan), dan bagaimana simbiosis yang tidak biasa seperti itu muncul antara amfibi dan bakteri? Jawaban menunggu kami dalam laporan kelompok belajar. Ayo pergi.

Tentang persahabatan di alam

Bagi seseorang, manfaat persahabatan biasanya bersifat psikologis (emosional). Kami bertemu orang-orang baru, mulai berteman dan berkomunikasi karena kami hanya menikmatinya. Hal yang sama dapat dikatakan tentang hewan peliharaan kita. Kucing, anjing, hamster, ikan, dll. mereka bersahabat untuk seseorang dan lebih mungkin bermoral daripada dukungan fisik. Meskipun ada orang yang hidup dengan prinsip seorang ibu dari film "Prostokvashino":

- Nah, Anda sendiri berpikir, apa gunanya kucing ini?
“Yah, mengapa itu selalu bagus? Apa, misalnya, penggunaan lukisan ini di dinding?
- Gambar di dinding ini sangat berguna - itu memblokir lubang di wallpaper!

Tetapi kembali ke flora dan fauna. Di alam liar (kami tidak akan mempertimbangkan simbiosis dalam kondisi terkendali), hubungan antara perwakilan spesies yang berbeda diperlukan untuk bertahan hidup atau untuk kehidupan yang lebih nyaman.


Ikan badut di anemon.

Contoh mencolok dan salah satu yang paling terkenal adalah ikan badut dan anemon laut (anemon laut). Ikan, saat melihat yang banyak berseru seperti "Oh, Nemo!", Hidup di dalam anemon, kebal terhadap knidocytes mereka (menyengat / menyengat sel), tetapi predator sangat rentan. Dengan kata lain, ikan badut tinggal di rumah dengan pagar listrik. Anemon laut mendapat manfaat dari lingkungan seperti itu dalam bentuk nutrisi dari produk limbah ikan (ya, frasa “menghapus hubungan baru” untuk anemon laut terdengar sangat harfiah).


Simbiosis lain yang tidak biasa, beberapa spesies bentuk anemon dengan kepiting pertapa.

Dari kedalaman laut, kami pindah ke padang rumput berbunga. Siapa yang selalu kami wakili di sebelah bunga? Tentu saja lebah. Pecandu kerja ini mengumpulkan nektar dari bunga, yaitu, mereka menerima makanan. Pada saat yang sama, terbang dari bunga ke bunga, mereka melakukan apa yang disebut penyerbukan tidak langsung, yang membantu tanaman dalam reproduksi. Dengan kata lain, untuk pertanyaan "Apa, apakah Anda memegang lilin?" lebah akan menjawab dengan tegas, setelah itu akan menyengat Anda untuk pertanyaan yang tidak patut.


Lebah di atas bunga matahari.

Selain lebah, jenis serangga lain (semut, lebah, kupu-kupu, dll.), Serta vertebrata (burung, kelelawar, tikus, dll.) Membantu tanaman dalam proses penyerbukan.

Seperti yang telah kita pahami, hubungan simbiosis tidak jarang terjadi. Kami agak terkejut oleh para peserta dalam hubungan ini, daripada fakta keberadaan mereka.

Perlu dicatat bahwa bau adalah sinyal kimia yang memungkinkan Anda mendapatkan informasi tertentu tentang sumbernya. Tidak hanya katak, tetapi juga banyak spesies vertebrata menggunakan bau sebagai cara untuk bertukar informasi. Ingat apa yang dilakukan kucing (terutama sering di musim semi) - dengan cara ini mereka memberi tahu perwakilan spesies lain tentang keberadaan mereka, hak atas wilayah, dll. Jika kita mempertimbangkan sumber bau secara umum, maka ada beberapa sumber utama:

• sintesis sekretori primer (de novo) di kelenjar tertentu;
• produk sampingan dari ekskresi, yaitu, sekresi aktivitas vital tubuh;
• penggunaan lingkungan;
• produk metabolisme bakteri simbiosis.

Kembali pada 70-an abad terakhir, "teori fermentasi" dinyatakan, yang menyatakan bahwa bakteri simbiosis pada mamalia memetabolisme protein dan lipid yang ditemukan di kelenjar aromatik. Akibatnya, senyawa volatil diproduksi yang digunakan pembawa untuk komunikasi.


Seekor katak harimau yang serak.

Jika kita berbicara tentang katak dan katak, maka di sini metode utama untuk mentransmisikan informasi (mis. Komunikasi) selalu dianggap sebagai suara (sinyal akustik). Namun baunya tidak banyak diperhatikan, mengingat baunya tidak begitu penting dalam proses ini. Ternyata ini semua berbeda. Tidak hanya aromanya yang sangat penting dalam mentransmisikan informasi (penentuan jenis kelamin, menarik pasangan, perlindungan dari pemangsa, dll.), Juga timbul dengan bantuan organisme simbiotik, yaitu bakteri.

Para ilmuwan berhasil menemukan bahwa rahasia yang dikeluarkan oleh kulit katak mengandung sulfida organik * , seskuiterpen * dan metoksifirrazin * . Sumber senyawa kimia ini adalah bakteri dari kelompok Pseudomonas yang hidup di kulit individu yang diteliti.

Organic sulfides * - analog eter yang mengandung belerang.

Sesquiterpen * - sekelompok senyawa organik dari kelas terpene, yang meliputi hidrokarbon dari C ₁₅ H ₂₄ hingga C ₁₅ H ₃₂ .

Methoxypyrazines * adalah senyawa kimia yang menghasilkan bau.

Seperti yang saya sebutkan sebelumnya, para ilmuwan memilih katak pohon dari spesies prasana Boana yang tinggal di wilayah Amerika Selatan sebagai subjek. Spesies ini memiliki periode reproduksi yang agak lama, di mana jantan menggunakan sinyal akustik dan mengeluarkan bau yang sangat kuat dan khas. Para ilmuwan menekankan bahwa studi tentang peran bau dalam aktivitas sosial katak pohon telah dilakukan, tetapi sumber bau ini belum diselidiki.

Dan sekarang, setelah berkenalan dengan konsep simbiosis, partisipan penelitian, dan tujuan para ilmuwan, kita akan mulai membiasakan diri dengan hasil pengamatan.

Hasil penelitian

Dengan menggunakan TFME (ekstraksi fase padat) dan GC / MS (kromatografi gas / spektrometri massa), para ilmuwan dapat menetapkan bahwa komposisi sekresi volatil kulit jantan dan betina spesies B. prasina mencakup sekitar 60-80 senyawa kimia yang berbeda, termasuk alkohol, aldehida , alkena, ester, keton, metoksifirrazin, terpena (hemiterpen, monoterpen dan seskuiterpen) dan thioeter.


Gambar No. 1: Perbandingan komposisi kimiawi sekresi volatile kulit pria dan wanita B. prasina.

Penunjukan pada bagan di atas: Mop - methoxypyrazines; Het - hemiterpen; Mnt bersifat monoterpenik; Sqt - sesquiterpenes; Hyc - hidrokarbon; Toe - thioethers; Et - ester; Ket - keton; c * - senyawa aromatik juga ditemukan di terarium.


Tabel No. 1: data dari analisis kimia sekresi volatile kulit jantan dan betina spesies B. prasina.

Pada saat yang sama, ternyata mayoritas "sup harum" untuk kedua jenis kelamin ini adalah hemiterpen, keton, dan alkohol (49,9-78,3%).

Jika kita membandingkan komposisi kimia untuk menentukan perbedaannya pada pria dan wanita, maka SQT (sesquiterpenes), TOE (thioester) dan MOP (methoxypyrazine) dibedakan, yang dapat dilihat dari 2A dan 2B .


Gambar No. 2: analisis komparatif komposisi kimia sekresi pria dan wanita.

Grafik ganda 2A didasarkan pada kandungan relatif senyawa volatil. Centroid dispersi sampel digambarkan sebagai lingkaran untuk wanita dan segitiga untuk pria. Gambar 2B menunjukkan kontribusi relatif masing-masing kelas senyawa kimia terhadap empat komponen utama pertama yang diperoleh dalam analisis PCA (metode komponen utama). Ukuran lingkaran menunjukkan nilai absolut dari kontribusi, dan warna (dari merah ke biru) menunjukkan kontribusi negatif atau positif.

Berkat penciptaan fungsi LDA (analisis diskriminan linier), menjadi jelas bagi para ilmuwan bahwa dimungkinkan untuk membedakan jenis kelamin individu dengan menggunakan profil kimia ( 2C ): Uji Kruskal-Wallis: DF = 1, P = 0,001.

Penjelasan kecil tentang terminologi dalam data:

• kata "interaksi" berarti bahwa dalam analisis data kedua faktor diperhitungkan - jenis kelamin individu dan metode pengambilan sampel;
• kata "gender" berarti analisis data semata-mata untuk menentukan jenis kelamin dalam kondisi pengambilan sampel tertentu;
• in vivo - analisis pada organisme hidup (bukan pada sampel yang diambil darinya);
• sampel - analisis sampel kulit yang diambil dari individu yang hidup (dianalisis secara terpisah dari individu itu sendiri).

Dari tiga kelas yang paling khas (TOE, SQT, dan MOP), itu adalah MOP (methoxypyrazine) yang lebih jelas pada wanita daripada pria. Ini terbukti dari uji rasio kemungkinan. Interaksi: χ ² ₁ = 1.20; P = 0,2729; jenis kelamin: χ ² ₁ = 12.778; P = 0,0004.

Terlebih lagi, pada pria SQT (sesquiterpenes) lebih tinggi daripada wanita. Interaksi: χ ² ₁ = 23.817; P <0,0001; jenis kelamin (in vivo): χ ² ₁ = 22.933; P <0,0001; jenis kelamin (sampel): χ ² ₁ = 1.317; P = 0,2511.

Akhirnya, analisis data TOE (thioester) menunjukkan bahwa pria memiliki lebih banyak senyawa kimia ini, tetapi hanya ketika dianalisis pada individu yang hidup (in vivo). Interaksi: χ ² ₁ = 10.618; P = 0,0011; jenis kelamin (in vivo): χ ² ₁ = 10.9505; P = 0,0009; jenis kelamin (sampel): χ ² ₁ = 2.0051; P = 0,1568.

Setelah meneliti lebih rinci komposisi SQT dan TOE, para ilmuwan mengidentifikasi dua zat utama yang paling diekspresikan, yaitu dihydroedulan II di SQT dan C ₆ H ₁₂ S di TOE.

Selanjutnya, para peneliti memutuskan untuk berurusan dengan methoxypyrazines (MOP) secara lebih rinci, di mana 4 diisolasi:

• MOP1 - 2-isopropyl-3-methoxypyrazine (C ₈ H ₁₂ N ₂ O)
• MOP2 - 3-isopropyl-2-methoxy-5-methylpyrazine (C ₉ H ₁₄ N ₂ O)
• MOP3 - 2-detik-butil-3-methoxypyrazine (C ₉ H ₁₄ N ₂ O)
• MOP4 - 3-detik-butil-2-metoksi-5-metilpirazin (C ₁₀ H ₁₆ N ₂ O)

Gambar 3: data untuk keempat jenis KKL pada pria dan wanita.

Seperti yang dapat dilihat dari data analisis, MOR3 sangat jelas pada pria, tetapi tidak pada wanita, terlepas dari metode analisis (interaksi: ₁ ² ₁ = 0,1219; P = 0,727; gender: χ ² ₁ = 49,4548; P <0 , 0001).

Tetapi MOR4, sebaliknya, sangat diekspresikan pada perempuan dan bukan pada laki-laki (interaksi χ ² ₁ = 5.3977; P = 0,0202; gender (in vivo): χ ² ₁ = 25,5523; P <0,0001; gender (contoh): χ ² ₁ = 33.1275; P <0,0001).

MOP1 dan MOP2 agak kurang terwakili pada kedua jenis kelamin dan bersama-sama menyumbang sekitar 0-12,8% dari jumlah total metoksifirin.

Kami menemukan data, angka, perbandingan "siapa yang memiliki lebih banyak", dan sekarang yang paling menarik.

Faktanya adalah TOE dan MOP adalah senyawa kimia yang diproduksi (biasanya) oleh mikroorganisme. Karena itu, para ilmuwan harus memeriksa apakah ini yang terjadi dengan katak pohon. Sampel diambil dari mana bakteri yang terkait dengan kulit diisolasi, dikultur dan diidentifikasi.

Dari, perhatian, 128 metabolit volatile pada bakteri, para ilmuwan mengidentifikasi 16, yang juga pada katak. Dan juga 5 senyawa yang hanya ditemukan dalam bakteri diidentifikasi.


Gambar No. 4: 4A - MPA ditemukan di kulit katak (1-4) dan di bakteri Pseudomonas (5-8), kromatogram 4B - GC / MS dari total arus ion, menunjukkan produksi MPA 1-8 (kiri) oleh bakteri Pseudomonas yang dikultur di Muller - Hinton agar (kanan).

Dan ini adalah fakta lain yang sangat menarik - semua 4 jenis MPA (kami memeriksanya sebelumnya) diproduksi oleh satu isolat bakteri tunggal. Selain yang ada pada katak MPA 1-4, bakteri menghasilkan beberapa katak tambahan (5-8 pada gambar 4A ), yang tidak terdeteksi pada katak. Perlu juga dicatat bahwa pada bakteri, MPA yang paling "masif" adalah nomor 5 (C ₇ H ₁₀ N ₂ O atau 2-metoksi-3,5-dimetilpirazin), terhitung sekitar 82,4 ± 16,7% dari jumlah total metoksipirazin.

Perbandingan MOP1-4 pada bakteri dan katak menunjukkan bahwa MOP2 lebih baik diekspresikan pada bakteri (5,9 ± 6,9%), tetapi MOP3 dan MOP4 lebih buruk daripada pada katak (2,6 ± 5,0% dan 2). , 7 ± 2,1%, masing-masing).


Gambar No. 5: populasi bakteri pada kulit subjek uji yang diambil dari berbagai daerah dan pada waktu yang berbeda.

Individu untuk penelitian ini diambil dari alam, lebih tepatnya dari 4 wilayah berbeda ( 5A ). Jumlah bakteri berbeda pada individu dari daerah yang berbeda dan tergantung pada waktu yang dihabiskan di penangkaran ( 5B ).

Meskipun terdapat variasi lebih dari setengah jumlah unit taksonomi aktif (OTU) yang diamati pada koloni bakteri kulit di empat lokasi (60-63%) dan dalam lima periode pengambilan sampel yang berbeda (56-66%), mereka dapat diidentifikasi sebagai perwakilan dari keluarga bakteri berikut: Enterobacteriales , Pseudomonadales , Methylophilales , Oceanospirillales , Actinomycetales , Bacillales , Alteromonadales dan Burkholderiales . Yang paling menonjol di antara varietas ini adalah Klebsiella ( Enterobacteriales ) dan Pseudomonas ( Pseudomonadales ). Ini ditunjukkan dalam grafik 5A dan 5B .

Tidak ada perbedaan khusus yang ditemukan antara individu yang diuji dari berbagai daerah. Tetapi pengaruh waktu dalam penahanan terasa jelas. Dengan demikian, keragaman bakteri dan jumlah mereka menurun dari waktu ke waktu (dalam penangkaran): hari pertama - 163 ± 26, 3: 145 ± 35, 10: 100 ± 9, 2 minggu: 104 ± 41 dan 8 bulan : 155 ± 34.

Perbedaannya, tergantung pada daerah tempat tinggal dan waktu dalam penangkaran, juga terlihat di antara bakteri Pseudomonas . Beberapa OTU hanya ditemukan pada katak dari daerah tertentu ( 5C ) atau sudah ditunjukkan dalam penangkaran ( 5D ). Tetapi 4 spesies bakteri dari genus ini masih ditemukan di sebagian besar sampel, yaitu, mereka tidak bergantung pada faktor geografis dan waktu dalam lingkungan laboratorium yang terkontrol. Pada saat yang sama, ada perbedaan dalam jumlah bakteri Pseudomonas pada pria (rata-rata 1,7%) dan wanita (rata-rata 2,4%). Indikator-indikator ini menurun selama mereka ditahan di kedua jenis kelamin, terutama dalam 3 hari pertama: dari maksimum pada hari pertama 8,8 ± 4,3% hingga maksimum pada tanggal 3 - 0,4 ± 0,2%.

Mengingat data yang dianalisis, dapat disimpulkan bahwa itu adalah bakteri Pseudomonas yang secara aktif terlibat dalam sekresi senyawa volatil yang digunakan oleh pembawa, yaitu. katak, untuk menentukan jenis kelamin, menarik pasangan selama musim kawin dan sebagai perlindungan terhadap predator.

Untuk seorang kenalan yang lebih terperinci dengan nuansa penelitian, saya sarankan Anda melihat laporan kelompok riset dan bahan - bahan tambahan untuknya.

Epilog

Fakta bahwa bau memainkan peran yang sangat penting dalam kehidupan banyak organisme hidup, termasuk amfibi, telah dikenal cukup lama. Namun, studi tersebut, yang tujuannya adalah untuk mengidentifikasi sumber utama dari bau ini dan mekanisme untuk produksi senyawa kimia yang mudah menguap, belum dilakukan.

Para ilmuwan mampu menemukan senyawa kimia yang penting untuk pembentukan bau dan apa yang menghasilkannya. Kulit katak pohon adalah rumah bagi sejumlah bakteri dari berbagai keluarga. Para ilmuwan berpendapat bahwa biomolekul yang disintesis oleh kulit amfibia berfungsi sebagai filter yang melaluinya kombinasi unik berbagai jenis bakteri dapat berdiam di kulit. Dan senyawa volatil yang dikeluarkan oleh bakteri Pseudomonas yang diproduksi MOP di kulit katak dapat bertindak sebagai infokimia, yaitu cara komunikasi antara bakteri itu sendiri.

Pada gilirannya, katak pohon menggunakan ini sebagai salah satu jenis sinyal yang diberikan kepada individu lain selama musim kawin bersama dengan sinyal akustik, yang dikonfirmasi oleh tes perilaku di alam liar dan dalam kondisi laboratorium.

Di masa depan, para peneliti akan melanjutkan pekerjaan mereka untuk mempelajari interaksi bakteri dan katak pohon secara lebih rinci. Para ilmuwan menyebut karya ini langkah pertama dalam memahami hubungan simbiosis antara amfibi (dan tidak hanya) dan berbagai mikroorganisme.

Ya, penelitian semacam itu mungkin tidak memiliki manfaat praktis bagi kemanusiaan, meskipun masih terlalu dini untuk membicarakannya, karena satu penemuan dapat menyebabkan serangkaian penelitian baru yang entah bagaimana dapat dan akan mempengaruhi kehidupan kita. Tetapi apa yang sebenarnya disediakan studi ini adalah pengetahuan dan pemahaman tentang aspek-aspek dunia di sekitar kita, yang tentangnya kita masih belum tahu segalanya.



Terima kasih telah tinggal bersama kami. Apakah Anda suka artikel kami? Ingin melihat materi yang lebih menarik? Dukung kami dengan melakukan pemesanan atau merekomendasikannya kepada teman-teman Anda, diskon 30% untuk pengguna Habr pada analog unik dari server entry-level yang kami buat untuk Anda: Seluruh kebenaran tentang VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps dari $ 20 atau bagaimana membagi server? (opsi tersedia dengan RAID1 dan RAID10, hingga 24 core dan hingga 40GB DDR4).

VPS (KVM) E5-2650 v4 (6 Cores) 10GB DDR4 240GB SSD 1Gbps hingga musim panas gratis ketika membayar untuk jangka waktu enam bulan, Anda dapat memesan di sini .

Dell R730xd 2 kali lebih murah? Hanya kami yang memiliki 2 x Intel Dodeca-Core Xeon E5-2650v4 128GB DDR4 6x480GB SSD 1Gbps 100 TV dari $ 249 di Belanda dan Amerika Serikat! Baca tentang Cara Membangun Infrastruktur Bldg. kelas menggunakan server Dell R730xd E5-2650 v4 seharga 9.000 euro untuk satu sen?