Это также дьявол кофеина. Насекомое — единственный кофейный вредитель, который использует богатые кофеином зерна в качестве единственного источника пищи и убежища. Он проникает в бобы и проводит большую часть своей жизни, спрятавшись внутри, где подвергается воздействию чрезвычайно токсичного количества кофеина для его массы: эквивалент 150-фунтового человека, выпивающего 500 порций эспрессо. Кофеин вреден для большинства насекомых и считается естественным репеллентом вредителей.
Так как же молоток кофейных ягод выживает в такой враждебной среде?Согласно новому исследованию, проведенному учеными из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) Министерства энергетики США (Berkeley Lab), Министерства сельского хозяйства США (USDA) и мексиканской школы El Colegio de la Frontera Sur (ECOSUR), он полагается на бактерии в кишечнике. . Их исследование будет опубликовано 14 июля в журнале Nature Communications.Ученые обнаружили, что в желудочно-кишечном тракте распространителей кофейных ягод во всем мире встречаются 14 видов бактерий, которые разлагают и выводят токсины из кофеина.
Они также обнаружили, что у наиболее распространенных из этих бактерий есть ген, который помогает расщеплять кофеин. Их исследования проливают свет на экологию этой деструктивной ошибки и могут привести к новым способам борьбы с ней.
«Вместо использования пестицидов, возможно, мы могли бы нацелить микробиоту кишечника мотылька из кофейных ягод. Мы могли бы разработать способ уничтожить бактерии и сделать кофеин таким же токсичным для этого вредителя, как и для других насекомых», — говорит ученый Хавьер Сеха-Наварро. в Отделении наук о Земле лаборатории Беркли и ведущий автор статьи.Сеха-Наварро и Эоин Броди из Berkeley Lab вместе с Фернандо Вега из Министерства сельского хозяйства США (USDA), экспертом по кофейным ягодам и одним из авторов исследования. Чжао Хао, Улас Караоз, Трент Нортен, Стефан Дженкинс и Сяо Чиен-Лим из лаборатории Беркли; Франсиско Инфанте из ЭКОСУР; и Петр Косина из Мексиканского Международного центра улучшения кукурузы и пшеницы также внесли свой вклад.
Ученые тщательно изучили жука, но очень мало исследований было сосредоточено на том, как он питается исключительно кофейными ягодами, и лаборатория Беркли и команда под руководством Министерства сельского хозяйства США первыми изучают роль бактерий в его кишечнике. Идея не такая уж надуманная, как может показаться.
Микробы выполняют ключевые функции во всех экосистемах, от круговорота питательных веществ в почве до формирования иммунной системы человека изнутри пищеварительного тракта.Ученые проанализировали семена кофейных ягод из семи регионов-производителей кофе: Мексики, Гватемалы, Пуэрто-Рико, Гавайев, Индии, Индонезии и Кении.
Они также изучили колонию, выращенную в лаборатории Министерства сельского хозяйства США в Белтсвилле, штат Мэриленд. Сея-Наварро удалил пищеварительный тракт у сотен погибших жуков — кропотливый процесс, требующий микропинцета и устойчивых рук.
«До этого исследования я работал с атомно-силовой микроскопией, когда руки должны были оставаться неподвижными, поэтому я хорошо в этом разбирался», — говорит Сея-Наварро. "Но мне пришлось сократить кофе!"Ученые погрузили кишечные бактерии в специальную среду, содержащую кофеин в качестве основного питательного вещества, так что выжили только бактерии, разлагающие кофеин. Было выделено четырнадцать видов бактерий, большинство из которых были обнаружены у жуков из всех семи регионов производства кофе и лабораторной колонии.
Эти бактерии, по-видимому, питаются кофеином как единственным источником углерода и азота. Согласно их географическому исследованию на основе ДНК, одна из бактерий, Pseudomonas fulva, была самой распространенной.Ученые также проверили бактерии на ген ndmA, который, как известно, трансформирует кофеин.
Они обнаружили, что только P. fulva обладает этим геном. Сеха-Наварро предполагает, что другие бактерии помогают расщеплять кофеин с помощью разных генов.Чтобы подтвердить роль P. fulva в разложении кофеина, исследователи ввели антибиотик группе жуков, уничтожившей микробиоту их кишечника.
Затем они кормили этих жуков стандартизированной диетой, основанной на кофейных зернах, а затем анализировали их фекалии. Кофеин прошел через их пищеварительный тракт в целости и сохранности, без малейшего намека на деградацию.
Затем ученые добавили P. fulva в рацион жуков, чтобы пополнить их кишечник бактериями, разлагающими кофеин. В фекалиях этих жуков не было кофеина, что свидетельствовало о восстановлении процесса детоксикации.
«После этого мы узнали, что кишечные бактерии являются ключом к стратегии выживания жука и его экологии в целом», — говорит Эоин Броди, старший автор исследования. «Это наглядный пример того, как микроорганизмы с их способностями к быстрой адаптации могут позволить высшим организмам колонизировать новую среду».Исследование финансировалось Министерством сельского хозяйства США, программой исследований и разработок лаборатории Беркли и Национальным советом Мексики по науке и технологиям.