В одну минуту наступает сезон размножения, и вы с радостью обедаете свежими листьями бамбука, а в следующую вы остаетесь сжимать живот, пока слизистая оболочка желудочно-кишечного тракта проходит через ваш организм. Он выходит из вашего тела в виде густой липкой студенистой массы.
Это именно то, что, кажется, происходит с гигантскими пандами в неволе, и исследователи, стоящие за новым исследованием, опубликованным в Frontiers in Microbiology, начинают подозревать, что это может сыграть роль в их борьбе за воспроизводство.
«Мы думаем, что у них отслаивается внутренняя слизистая оболочка желудочно-кишечного тракта, и из-за этого они действительно болеют, что совпадает с беременностью», — говорит Гаррет Суен, профессор бактериологии Университета Висконсин-Мэдисон и соавтор книги. корма панды и исследование пищевого поведения. "Панды перестают есть и производят болезненные фекальные гранулы с перепончатой оболочкой."
Никто до конца не понимает, почему возникают эти студенистые массы, называемые мукоидами, но Суен и его соавторы считают, что бамбук может быть фактором. С эволюционной точки зрения гигантские панды не созданы для того, чтобы есть только бамбук. Как у медведей, их пищеварительная система предназначена для расщепления мяса и небольшого количества растительного материала, но в дикой природе и в неволе эти медведи исключительно травоядны.
Исследование предполагает, что это может привести к проблемам с пищеварением, что может негативно повлиять на беременность панды. Это побудило исследователей поближе взглянуть на кишечные бактерии.
«Желудочно-кишечные заболевания являются основной причиной смертности диких и содержащихся в неволе панд, но ученые очень мало знают об их пищеварительном процессе», — говорит соавтор Эшли Браун Джонсон, государственный химик и доцент кафедры биохимии, молекулярной биологии, энтомологии и растений Университета штата Миссисипи. патология. "Изучая микробное сообщество в желудочно-кишечном тракте панды, мы получаем лучшее понимание питания панды, которое может помочь улучшить здоровье и размножение исчезающих видов."
У Суена, научного сотрудника факультета Альфреда Тёпфера, есть и другие мотивы.
Человек эпохи Возрождения в области микробиома, его лаборатория изучает кишечные бактерии всего, от коров до ленивцев и панд. Его интересы как фундаментальные, так и прикладные. Например, понимание того, как животные и их микробы расщепляют волокнистые растительные материалы, может помочь в более эффективном производстве биотоплива. Это также может дать представление о заболеваниях пищеварительной системы человека.
Для исследования Суен, Браун Джонсон и соавторы Кэндис Уильямс и Ким Дилл-МакФарланд заручились помощью из зоопарка Мемфиса, который собрал данные о поведении кормления двух гигантских панд — Ле Ле (самец) и Я Я (самка). — с 2003 г. Уильямс, который проводил работу в качестве доктора философии.D. студентка лаборатории Брауна Джонсона, также выполняла магистерскую работу в зоопарке, наблюдая за кормлением панд в течение 12 часов в день.
Используя данные, записанные обученными доцентами зоопарка, исследовательская группа проанализировала, сколько времени Я Я и Ле Ле потратили на кормление как стеблями, так и листьями бамбука.
Они заметили драматические изменения в пищевом поведении: панды ели листья менее одного процента времени зимой и весной, но к августу, когда мукоиды стали более распространенными, почти 60 процентов времени их кормления было потрачено на поедание листьев.
Каждое лето, в неволе и в дикой природе, панды переключаются с преимущественно древесных стеблей бамбука на листья.
Именно в этот переходный период — который также совпадает с периодом беременности большинства самок панд — их пищеварение, похоже, идет не так. В июле и августе панды выделяют больше слизи, перестают есть, становятся вялыми и выражают дискомфорт и боль.
«Если это происходит каждые три-четыре дня, и панды перестают есть от половины до целого дня — когда они обычно едят весь день — это много», — говорит Дилл-Макфарланд, доктор философии.D. студент в лаборатории Суэна.
Исследователи изучили испражнения панд в феврале 2013 года, в сезон, когда у панд обычно нет слизистой оболочки, и в период с 29 июня по август.
22 ноября 2014 г., когда они чаще выделяют слизистые оболочки. В течение этого времени смотрители зоопарка собирали слизистые оболочки, а также обычные фекалии, производимые медведями непосредственно до и сразу после этих событий.
Команда исследовала пять нормальных образцов кала из Я Я и один мукоид, а также 13 нормальных испражнений из Ле Ле и пять мукоидов. Образцы поступали из зоопарка в виде «куриных грудок, завернутых в фольгу», — говорит Дилл-МакФарланд.
Уильямс отправился в Мэдисон, чтобы научиться у Суэна и Дилла-МакФарланда, как анализировать микробный состав какашек панды.
Обычные фекалии панды напоминают измельченные стебли бамбука, и исследователям было непросто обработать их. Мукоиды были липкими, пахли "отвратительно" (говорит Уильямс) и представляли свои собственные проблемы.
Команда обнаружила, что в стуле панды было необычно низкое бактериальное разнообразие по сравнению с другими травоядными, хотя состав бактерий менялся день ото дня. Разнообразие упало еще ниже справа перед мукоидами, но затем резко увеличилось в самих мукоидах, которые содержали другую популяцию микробов, чем обычные корма. В частности, они состояли из бактерий, обычно обнаруживаемых в слизистой оболочке кишечника.
Они также обнаружили бактерии в слизистых оболочках, связанных с дисфункциональным пищеварением у людей, названные актинобактериями.
«Мы думаем, что может происходить то, что их диета вызывает сильную внутреннюю реакцию, ведущую к воспалительной реакции», — говорит Суен. "Панды в основном сбрасывают слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта, чтобы обеспечить замену этих микробов. Это что-то вроде сброса микробиома."
Хотя исследователи не могут быть уверены, почему панды испытывают это восстановление, ясно, что их диета жестока для животных. При весе от 220 до 275 фунтов панды ежедневно съедают до трети своего веса бамбуком.
Он быстро проходит через их пищеварительную систему, что не дает микробам в их кишечнике много времени на расщепление. Это полностью отличается от других животных, адаптированных к потреблению растительных веществ, таких как коровы, у которых микробам рубца требуется до 24 часов, чтобы переваривать сложные углеводы, содержащиеся в растениях.
«Меня очень интересуют животные, которые едят намного больше, чем необходимо для поддержания размера тела, и, с другой стороны, животные, которые едят намного меньше, чем необходимо для поддержания размера тела», — говорит Суен.
Исследование не предлагает решений для предотвращения желудочно-кишечного расстройства панд, которое, по словам Уильямса, очень трудно наблюдать. Независимо от того, питаются ли панды стеблями или листьями, это связано с химическими изменениями в самих листьях бамбука — стратегию, которую используют некоторые растения, чтобы не дать травоядным животным их жевать.
И о мясе не может быть и речи.
«Дошло до того, что если вы попытаетесь накормить их мясом, они сильно заболеют», — говорит Суен.
Но исследование действительно дает ученым место для старта.
«До недавнего времени микробиом кишечника не играл никакой роли в управлении животными», — говорит Уильямс. «Важно иметь сбалансированный кишечник, и нам также важно знать эти вещи, особенно о таких уникальных животных. Я стремлюсь рассказать людям, насколько важен микробиом кишечника и какое влияние он оказывает на репродуктивную функцию, здоровье и даже иммунную функцию."
То, что Я Я произвела только одну мукоид, является одним из ограничений анализа, как и ее необычный цикл размножения.
Однако исследователи говорят, что панд невероятно сложно изучать, и данные такого рода встречаются редко.
