Los insectos son contribuyentes críticos para el funcionamiento del ecosistema, y como la mayoría de los organismos vivos, su co-evolución con los microbios ha sido esencial para apoyar estas funciones. Si bien muchos insectos son infames por causar estragos donde quiera que vaguen, miles de especies se dedican silenciosamente a sus negocios, proporcionando servicios importantes esenciales para ecosistemas saludables utilizando la bioquímica innovadora de sus microbiomas.
Una nueva investigación del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de los EE. UU. Berkeley Lab muestra cómo uno de esos insectos beneficiosos es común en el este de los EE. UU., El escarabajo pasálido de cuernos largos Odontotaenius disjunctus , tiene un tracto digestivo resistente con microbios que agradecer por convertir su dieta leñosa en energía, alimento para sus crías y nutrientes para el crecimiento del bosque.Estas ideas sobre cómo el escarabajo y su microbioma distintivo han evolucionado conjuntamente proporcionan una hoja de ruta para la producción de combustibles y bioproductos asequibles derivados de la naturaleza.
El artículo aparece hoy en el diario Microbiología de la naturaleza , titulado "Las propiedades anatómicas intestinales y el ensamblaje funcional microbiano promueven la deconstrucción de la lignocelulosa y la subsistencia de colonias de un escarabajo que se alimenta de madera".
"Descubrimos que el intestino del escarabajo está estructurado para permitir que comunidades microbianas únicas coexistan, permitiendo que cada uno realice los distintos procesos metabólicos específicos necesarios para extraer eficientemente la energía de la madera", dijo Javier Ceja-Navarro, científico investigador y líder de Berkeley Lab.autor del artículo: "La energía derivada de la madera permite que el escarabajo se mantenga a sí mismo y a su descendencia con una dieta muy pobre".
Los escarabajos que comen madera proporcionan a los bosques un servicio invaluable
En los bosques de todo el mundo, los escombros leñosos gruesos constituyen una enorme cantidad de biomasa que es resistente, difícil de descomponer y quebrada nutricionalmente debido a su bajo contenido de nitrógeno. Para insectos como las termitas y el escarabajo pasálido, la madera en descomposición esEl alimento básico principal del cual derivan energía y nutrientes para hacer sus células y tejidos. Un adulto pasalid excava su cuerpo de una pulgada a través de madera descompuesta que ha sido preprocesada por hongos, acelerando la descomposición de la madera a través de su actividad de alimentación y haciendo quemadera y carbono accesibles para otros organismos en el ecosistema.
Las colonias pasalidas pueden tener hasta siete adultos que pueden consumir más de cuatro veces su peso en madera por día. Esta madera pasa a través del complejo tracto digestivo del escarabajo y finalmente se excreta como su producto de desecho, cortésmente llamado frass.
"Una de las primeras cosas que notamos fue la cantidad de nitrógeno que contenía la hierba, tres veces más que la madera que consumía el escarabajo; esto significaba que el escarabajo, o en realidad sus microbios, estaban agregando nitrógeno", dijo Ceja-Navarro ".También notamos cómo los polímeros vegetales duros como la lignina y la celulosa estaban desapareciendo y se estaban formando productos ricos en energía como el acetato, así como biocombustibles como el hidrógeno, el etanol y el metano. Este escarabajo y sus microbios han descubierto lo que los científicos de todo el mundo sonapresurarse a optimizar: cómo convertir eficientemente la biomasa de plantas leñosas en biocombustibles y bioproductos "
¿Pero cómo? "Reunimos a un equipo de expertos y utilizamos herramientas avanzadas de biología molecular, junto con espectrometría y pequeños sensores para descubrir que el intestino del escarabajo está formado por compartimientos especializados, cada uno con un microbioma distinto que funciona casi como unlínea de producción de la fábrica, utilizando bioquímica única para convertir la madera en alimento y combustible ", dijo Eoin Brodie, autor principal y Director Adjunto de la División de Ciencias del Clima y Ecosistema de Berkeley Lab.
"La innovación clave que la naturaleza ha proporcionado aquí es una forma de combinar procesos bioquímicos que de otro modo serían incompatibles", dijo Brodie. Algunos procesos para deconstruir la lignina requieren oxígeno, mientras que otros, como la fermentación, que proporciona la fuente de energía del escarabajo, necesitan oxígenosin ambiente. Entonces, ¿cómo resuelve esto el escarabajo?
"Resulta que la arquitectura intestinal del escarabajo, como la longitud y el grosor de sus paredes intestinales, ha evolucionado para adaptarse a su microbioma, de modo que se favorecen procesos metabólicos específicos en diferentes regiones intestinales", dijo Ceja-Navarro.
Esto permite que ocurran reacciones que requieren oxígeno en una región intestinal que está separada de las regiones donde los microbios llevan a cabo reacciones que serían inhibidas por el oxígeno. El equipo también demostró que la arquitectura intestinal del escarabajo evita que ciertos productos como el hidrógeno escapen parafavorecer la producción de acetato, una fuente de energía crítica no solo para el escarabajo en sí, sino también para su descendencia.
Los escarabajos pasálidos se consideran entre las especies más altamente subsociales, lo que significa que trabajan juntos en unidades familiares para defender sus hogares del túnel de troncos y cuidar a sus crías hasta la edad adulta, lo que probablemente les suene familiar a la mayoría de los padres. Debido a que el escarabajo excreta una energía- y el excremento rico en nutrientes del que se alimentan sus descendientes, ahora parece que los jóvenes también tienen que agradecer a los microbios de sus padres. Los productos ricos en nutrientes de estos insectos eventualmente regresan al suelo del bosque, apoyando la productividad del ecosistema, yEste estudio destaca el papel esencial del microbioma del escarabajo en ese proceso.
Entonces, ¿qué sigue? Aunque la naturaleza lidera el camino, podemos aprender de cómo los escarabajos compartimentan la bioquímica a lo largo de una línea de producción, según Ceja-Navarro, y diseñan sistemas artificiales para producir bioproductos imitando las propiedades y funciones de sistemas como este intestino del escarabajoy su microbioma.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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