Forskare och kollegor från UC San Diego Center for Microbiome Innovation (CMI) på östkusten har för första gången kvantifierat antalet bakterier i tarmarna hos ett brett spektrum av myrarter i Amazonas regnskog. De fann att de främst växtätande myrorna som lever i krontaket har storleksordningar fler bakterier än de som lever på marken. Arbetet har konsekvenser för hur mikrobiomstudier bedrivs. Författarna publicerade studien den 27 juli Integrativ och jämförande biologi .

När tropiska entomologer började systematiska undersökningar av leddjursbiomassa i regnskogens tak, de blev förvånade över att finna att myror utgjorde majoriteten av det. Problemet kretsade kring en uppenbar inversion av den klassiska biomassapyramiden i markekosystemet:myror antogs vara rovdjur, ändå uppvägde de deras potentiella byte.

Denna "paradox" av biomassa löstes delvis 2003 när forskare fann bevis för att de flesta myror som lever i regnskogens tak är växtätare som livnär sig på växthärledd vätska som sav och nektar – men det gav ett annat dilemma:kväve, ett nödvändigt biologiskt näringsämne, är begränsad i dessa resurser. Hur får dessa växtätande kronmyror tillräckligt med kväve för att växa sina kolonier?

"Det är känt att insekter med näringsobalanserade dieter ofta förlitar sig på bakteriella symbioser för att komplettera sina näringsbehov, sa Jon Sanders, huvudförfattaren på tidningen och postdoc i CMI-fakultetschefen Rob Knights labb, som är i UC San Diego School of Medicine. Faktiskt, snickarmyrans Blochmannia-bakterier var bland de första bakterierna som upptäcktes ha ett symbiotiskt förhållande med sin värd, och verkar spela en roll i att uppgradera eller återvinna kväve, sa Sanders.

"100 år efter denna upptäckt, det visade sig att specialiserade extracellulära bakterier bebor de morfologiskt utvecklade tarmarna i den nya världens trädlevande släktet Cephalotes - vanligt namn "sköldpaddsmyror", också nyligen gjort kända för sina glidförmåga, sa Sanders, som publicerade en artikel om utvecklingen av dessa bakterier 2014. "Vi vet att de finns där - det konceptet är inte nytt."

Men det som är nytt är hur denna studie genomfördes – med hjälp av kvantitativa, snarare än kvalitativ, metoder för att förstå hur många av dem som finns, och den biologiska betydelsen av deras närvaro.

Nuvarande sekvenseringstekniker börjar nästan alltid med ett amplifieringssteg där det ursprungliga mall-DNA:t kopieras många gånger. De resulterande biblioteken har nästan ingen information om antalet bakterier som fanns till att börja med.

"Amplifieringssteget kan vara föremål för kontaminering, speciellt för prover som myror som har mycket låga start-DNA-koncentrationer, ", sa Sanders. "Även i frånvaro av kontaminering, de biologiska konsekvenserna av bakteriesamhällen med mycket låg densitet kommer sannolikt att vara väsentligt annorlunda än för mycket rikliga symbionter. Utan ytterligare information om absolut överflöd, det kan vara svårt att dra meningsfulla biologiska slutsatser från mångfald."

Sanders och hans team använde två oberoende metoder - kvantitativ PCR (qPCR) och fluorescensmikroskopi, vilket innebar att bära ett 60 lbs mikroskop genom Amazonas – för att bedöma det absoluta överflöd av bakterieceller.

Vad de hittade var överraskande – de växtätande myrorna som lever i krontaket har tre till fyra storleksordningar fler bakterier i tarmen än marklevande myror.

Skalad till mänsklig storlek, det är ungefär lika stort som en tvålitersflaska läsk. Jämförelsevis, jordlevande myror innehåller tillräckligt med bakterier för att vara lika stor som en rostad kaffeböna.

"Detta indikerar att de spelar en viktig roll, ", sa Sanders. "Antagligen har det att göra med att upprätthålla stora näringsflöden."

Underligt, dock, forskarna såg inte samma bakterier som fanns i alla växtätande släkten – så varför behöver myror som bor i krontaket så mycket bakterier i sina tarmar, och varför verkar det inte spela någon roll vilka? Och hur kom dessa relationer till? Vetenskapen kommer att berätta, säger Sanders.

"Vi tänker vanligtvis på en mikrobiom som något som ett djur har, ", sa Sanders. "Men jag tror att vi lär oss att vad det innebär att ha en mikrobiom är kategoriskt olika bland djur, och att absolut överflödsdata är nödvändiga för att förstå dess biologiska betydelse."