Przeżuwacze używają w swojej diecie związków, których inne gatunki, takie jak ludzie, nie mogą przyswoić. Dzieje się tak dzięki dużej różnorodności mikroorganizmów odpowiedzialnych za beztlenowe trawienie (bez tlenu) tych składników odżywczych w żwaczu, w procesie zwanym fermentacją.
Jest to konieczne dla przetrwania wielu gatunków o znaczeniu rolniczym, takich jak krowy. Tutaj opowiemy, czym jest żwacz i niektóre mikroorganizmy zaangażowane w ten fascynujący proces.
Żwacz
Przeżuwacze (bydło, kozy, jeleniowate i owce) mają nieco złożony układ pokarmowy, składający się z czterech jam:
- Siatka celownicza.
- Żwacz.
- Omasum.
- Traleusznik.
Wewnątrz żwacza tysiące mikroskopijnych istot wytwarzają enzymy, które pomagają trawić włókna roślinne i materiał komórkowy. Dlatego mówimy, że żwacz to ekosystem mikrobiologiczny, gdzie bakterie stanowią 60% populacji mikroorganizmów.
Proces żwaczowy
Musimy to wiedzieć żwacz komunikuje się z jamą ustną przez przełyk, i to są kroki, które następuje po jedzeniu, dopóki nie zostanie strawione:
- Najpierw, zwierzęta jedzą pokarmy roślinne. Zawierają one celulozę, skrobię, pektyny i inne elementy, których przeżuwacze nie są w stanie strawić bezpośrednio, ponieważ nie posiadają niezbędnych enzymów.
- Pokarm przechodzi następnie z ust do żwacza, gdzie mikroorganizmy przekształcają te złożone cząsteczki w prostsze (niskocząsteczkowe kwasy tłuszczowe), dwutlenek węgla i metan.
- Po rozłożeniu tych cząsteczek na inne, które jelito zwierzęcia może wchłonąć, pokarm wraca do ust, gdzie jest ponownie przyjmowany i ponownie spożywany.
- Wreszcie częściowo strawiony pokarm przechodzi do retikulum, a następnie do omasum i trawieńca, który pełni funkcję głównego żołądka, ponieważ to tam zachodzi proces trawienia.
Fermentacja
Te społeczności drobnoustrojów produkują enzymy pełniące niezbędne funkcje rozkładania węglowodanów (z celulozy, skrobi i cukrów), a także związków azotowych i lipidów. Ten rozkład odbywa się w procesie zwanym fermentacją.
Proces fermentacji jest niezbędny do pozyskania energii (w postaci ATP), do wzrostu samych mikroorganizmów oraz do produkcji niezbędnych dla zwierzęcia cząsteczek, takich jak glukoza. Są również bardzo ważne w związkach zawierających azot., który jest niezbędny do syntezy białek.
W ten sposób układ pokarmowy tych zwierząt uzyskuje źródło energii bez konieczności sięgania do elementów zewnętrznych takich jak witamina B czy aminokwasy egzogenne, ponieważ same mikroorganizmy wytwarzają je w środku.
Związek symbiotyczny w środowisku beztlenowym
Musimy podkreślić, że jak widzimy, żwacz jest przykładem symbiozy mutualistycznej: Przeżuwacze zapewniają drobnoustrojom odpowiednie środowisko do ich wzrostu i aktywności. W zamian mikroorganizmy dostarczają gospodarzowi składniki odżywcze z pożywienia, które inaczej nie mogłyby zostać strawione.
W ten sposób przeżuwacze mają dietę bogatą w błonnik i ubogą w białko.
Ten ekosystem żwacza składa się z szerokiej gamy mikroorganizmów, które tworzą symbiotyczny związek w środowisku, w którym nie ma tlenu.
Ta mikrobiota składa się z bakterii, archeonów, pierwotniaków i grzybów. Najbardziej podatne na właściwości fizykochemiczne żwacza są bakterie. Te, które dominują w tej społeczności, należą do dwóch krańców:
- Firmicutes: zwłaszcza te z gatunku Butywibrio, Lachnospira, Sukcynklastyka Tak Ruminokok.
- Bakterie: dominująca płeć to Prevotella.
Archeony stanowią około 1% masy drobnoustrojów, a wśród eukariontów znajdują się pierwotniaki, które zajmują jedną trzecią całości, oraz niektóre grzyby.
Bakteria
Celuloza, główny składnik ściany komórkowej roślin, musi być prawidłowo trawiona, a dla nich bakterie celulolityczne są niezbędne.
W tym przypadku pH niższe niż 5,5 wpływa na proces trawienia włókien, a temperatura 39 stopni osłabia zdolność adhezji bakterii.
Ważne są również bakterie amylolityczne ze względu na obecność skrobi w diecie bydła i krów żywiących się zbożem.
ten bakterie mlekowe Metabolizują kwas mlekowy i kontrolują jego akumulację, pomagając w ten sposób utrzymać pH w odpowiednim zakresie.
Wreszcie bakterie rozkładające pektyny odgrywają również istotną rolę, ponieważ pektyny stanowią 10-20% wszystkich węglowodanów w diecie tych zwierząt.
Łuki metanogenne
Działalność mikroorganizmów jest głównym źródłem gazów cieplarnianych w rolnictwie. Metan jest generowany przez archeony metanogenne i jest otrzymywany jako końcowy produkt fermentacji. Jest uważany za stratę energii, ponieważ stanowi 6 - 10% całkowitej energii.
Gdy gaz ten jest wydalany do środowiska, przyczynia się do efektu cieplarnianego. Podczas metanogenezy obniża się poziom CO2 i wodoru w medium, co jest konieczne. 80% metanu powstaje w wyniku fermentacji włókna (celulozy), a pozostałe 20% powstaje podczas rozkładu obornika.
pierwotniaki
Te drobnoustroje biorą udział w zmniejszaniu ryzyka kwasicy po spożyciu pokarmów o wysokim stężeniu łatwo przyswajalnych cukrów.
90% pierwotniaków należy do rodzaju Entodiminiomorfida, którego główną funkcją jest hydroliza i fermentacja celulozy. Powinowactwo Diplopastronu posiada aktywność amylolityczną, dzięki której wytwarza maltozę i glukozę.
Grzyby
istnieć grzyby celulolityczne które wytwarzają pewne enzymy zdolne do hydrolizowania celulozy i ksylanu. Działanie grzybów sprzyja trawieniu ściany komórkowej warzyw.
Są one ważne przede wszystkim, gdy przeżuwacze spożywają zdrewniałe podłoża. Na przykład, Neocallimastix frontalis Rozpuszcza ligninę w ścianach komórkowych, dzięki czemu bakterie mają łatwy dostęp do celulozy.
Znaczenie drobnoustrojów
Jak widzieliśmy, mikroorganizmy są niezbędne w metabolizmie degradacyjnym żywności spożywanej przez przeżuwacze. To jest jeszcze jeden przykład znaczenia tych jednokomórkowych istot w świecie zwierząt.
Podobnie i na koniec należy wyjaśnić, że ważne jest, aby ta mikrobiota pozostała zdrowa, aby uniknąć problemów fizjologicznych u zwierzęcia, takich jak kwasica.