Mikrobiální ekologie 5 Mikrobi a živočichové

Interakce mikrobů s živočichy - většinou prospěšné - výměna živin a udržování vhodného prostředí Pomoc při trávení – obtížných komponentů potravy (celulóza) Další intestinální mikroflóra - komensálové, produkce vitamínů, ochrana živočichů proti patogenům. Řasy korálových polypů a dalších bezobratlých - poskytují hlavní část potravy živočichů vlastní fotosyntézou.

Interakce mikrobů s živočichy – pokr. Hlubokomořské termální prameny – chemoautotrofní bakterie umožňují bezobratlým život s využitím geotermální energie bez užití fotosynteticky produkovaného organického uhlíku. Endosymbiotické bakterie produkují světlo pro některé mořské bezobratlé a ryby Bezobratlí se živí mikroby za použití speciálních strategií k překonání obrovského rozdílu ve velikosti (spásáni biofilmů, filtrace)

Interakce mikrobů s živočichy – pokr. Ale i opačné vztahy: - houby mohou parazitovat na nematodách a vířnících mikrobi způsobují nemoci živočichů (mikrobiální toxiny, patogenní mikroorganismy)

Přínos mikrobů pro výživu zvířat - disproporce mezi velikostí živočichů (predátorů) a mikrobů – 105 – 107 x menší - řešení: - filtrace - pastva na mikrobiálních agregátech: Gastropoda (šneci) Echinodermata (mořští ježci) Patellidae – přílepka - oškrabávají a stravují mikrobiální krustu z ponořených povrchů, kde se mikrobiální populace namnoží díky fyzikální adsorpci rozpuštěných živin k těmto povrchům

Mikroorganismy spojené s výkaly důležitý zdroj potravy pro mnoho terestriálních a vodních živočichů - trávení potravy není dokonalé - přednostně využity cukry, tuky a proteiny celulózové a jiné vláknité materiály zůstávají převážně intaktní exkrementy pak dodatečně tráveny přítomnou intestinální mikroflórou a organismy z prostředí odolné rostlinné polymery rozpuštěny a částečně přeměněny v biomasu mikrobů někdy i opětný příjem exkrementů stejnými nebo jinými zvířaty – mikroflóra je mezitím mohla obohatit o vitamíny atd.. v terestriálních ekosystémech různé půdní mikroarthropoda (členovci) a určití hlodavci a zástupci řádu lagomorpha (podobní hlodavcům – králíci, zajíci, křečci) - jsou koprofágní a pravidelně pojídají část vlastních výkalů.

Mikroorganismy spojené s výkaly – pokr. ve vodních systémech se někteří bezobratlí (šneci) pasou na mikrobiálních populacích vyvíjejících se na exkrementech jiných živočichů někteří drobní mořští živočichové (meiofauna – žijí mezi zrnky písku) za sebou zanechávají slizovou stopu, která je kolonizována bakteriemi, houbami a řasami (zde živiny) mikrobi se přichytí k této vrstvě (gelová past) a živočich se pak vrací po své stopě a pase se na polapené mikroflóře

Život na detritu Mnoho mořských i sladkovodních bezobratlých se živí usazeninami/rostlinnými zlomky (detritus) spoléhají na mikroby, kteří zabudují do svého těla minerální dusík a přemění rostlinné polymery ze sedimentů s nízkým poměrem N:C na proteinovou mikrobiální biomasu s vysokým poměrem N:C (zvýšení nutriční hodnoty) mnoho živočichů konzumujících detritus tráví jen mikrobiální biomasu s nim asociovanou po vyloučení opětná kolonizace mikroby a opět pozření živočichy - v půdě se podobně živí žížaly pouštní šnek Euchondrus desertorum se živí lišejníky, které rostou pod povrchem skal (endolitický lišejník) za tímto účelem rozdrtí populace těchto šneků kolem 1 tuny/ha vápence za rok (větrání skal) 12 mm

Selektivní účinek pastvy bezobratlých dafnie Buňka Sphaerocystis s chloroplasty - spolknutí řasy Sphaerocastis dafnií zvýší růst této řasy - většina buněk Sphaerocystis přežije, zatímco jiné řasy jsou stráveny buňky Sphaerocystis získají živiny (jako P) z ostatních řas strávených v zažívacím traktu Sphaerocystis - za normálních podmínek sinice potlačily růst Sphaerocystis

„Filter feeders“ jiná strategie - přisedlí bentičtí bezobratlých a planktoničtí bezobratlí vznášející se ve vodním sloupci - zůstávají víceméně nehybní a filtrují kořist ze suspenze energeticky výhodné vzhledem k nepatrné velikosti kořisti a jejímu homogennímu rozšíření v suspenzi tito živočichové udržují proud vody za použití cilií nebo jiných modifikovaných orgánů (legs, antennae, tentacles, gills - žábra, tails) filtrace mikrobů přes žábra (zároveň kyslík), tentacles, slizové sitě zvlášť účinné u ústřic a sumek „sea squirts“ (Ascidians) zachytí dokonce i viry naši příbuzní – Chordata velcí 3 cm, přefiltrují 1l/hod čistí vodu a uvolňují živiny pro ostatní

The sea squirt - sumka The sea squirt, also known as dead man's fingers, is a small slug-like creature that was previously best known for eating its own brain: once it has found an appropriate rock to set up home on it has no further use for its brain, and digests it. It is edible - the French eat it raw with lemon juice and particularly popular in Japan, where tonnes are consummed annually. Its new role in infertility research is the result of work by scientists at Newcastle and Durham universities, who have shown that aspects of the creature's reproductive system are similar to that of humans, making it a peculiarly good match for research purposes. Their results are published in the Journal Of Cell Science. (This article is from The Times Marine pests offer help for human life Monday 20th November 2000)

Kultivace mikroorganismů živočichy za účelem získání potravy nebo jejího zpracování Celulóza je nejhojnější rostlinný produkt ale většina býložravců ji neumí strávit - spoléhají na enzymatické schopnosti mikrobů – degradace za produkce látek, které jsou živočichové schopni asimilovat: monomerické produkty biodegradace mikrobiální biomasa trávení v intestinálním traktu (přežvýkavci) nebo přímo pěstování mikrobiální biomasy a její následná konzumace Mnohé druhy býložravého hmyzu kultivují čisté kultury mikrobů na rostlinných tkáních (symbiotický vztah) na proteiny bohatá mikrobiální biomasa je pak použita jako hlavní zdroj potravy mikrob je hmyzem rozšiřován a je mu poskytováno prostředí, kde se mu daří.

Kultivace mikroorganismů živočichy – pokr. Kultivace hub hmyzem mění morfologii kolonií hub Ambrosia beetle Ve dřevě mrtvých stromů termiti Leaf-cutting ants - listoví mravenci

„Leaf-cutting ants“ - listoví mravenci - Thomas Belt (1874) popsal 50 milionů let starou symbiózu určitého druhu mravenců Atta, tzv. listových mravenců (leaf-cutting ants), s houbou z rodiny Lepiotaceae v centrální a jižní Americe - Získání houby, vytvoření symbiotického vztahu se stalo v historii víckrát, i když ale jde o velice řídký jev - Některé současné kmeny pěstovaných hub byly rozmnožovány stejnými kmeny mravenců po více než 23 miliónů let - Basidiomyceta kultivovaná mravenci Atta je deficitní v proteázách a těžko může bez mravenců soutěžit s jinými houbami List je v mraveništi macerován, promíchán se slinami a výkaly (oboje obsahuje proteázy) a inokulován houbovým mycéliem - Houba roste a produkuje gongylidia – konzumace mravenci 1999 Currie et al popsali třetí mikroorganismus v této symbióze, aktinobakterii rodu Streptomyces nelistoví mravenci přinesou do hnízda části rostlin, na nich pak vyrostou houby a mravenci je spolu s rostlinným materiálem zkonzumují – získají tak i cellulázy, které sami neumí vytvořit a stráví tak více rostlinného materiálu

Listoví mravenci – pokr. Když neoplodněná (panenská) královna opouští hnízdo na snubní let, bere s sebou kousek houby ve speciální malé dutině v ústech. Po páření a vyhloubení nory se pečlivě stará o zahrádku i první potomstvo. Pokud houba zahyne, kolonie zhyne. Potom převezme péči o zahradu nová generace mravenců. Královna a plod zůstává v zahradě. Mravenci ani houba sami nepřežijí. Kolonie mohou být považovány za vysoce užitečné, nebo zcela destruktivní. Některé rostliny si vyvinuly obranu proti mravencům, u jiných částečná defoliace podporuje jejich růst. Chodby mravenců provzdušňují půdu, zlepšují její drenáž, mravenci zanáší do půdy organickou hmotu. Dokáží ale také „sklidit“ zemědělské plodiny – nájezd je náhlý z velké vzdálenosti a pole sklizené přes noc (zem. plodiny nemají ochranu – chemikálie, tuhá kutikula)

Listoví mravenci – pokr. Houbová zahrada s mravenci Transport kousků listů Hnízdo mravenců

Listoví mravenci – pokr. Krmení larvy vojáka Matka na houbové zahradě

Xylosandrus crassiusculus AMBROSIA BEETLE Xylosandrus crassiusculus Dospělé samičky 2-3 mm, samečci do 1,5 mm.

AMBROSIA BEETLE – pokr. - dospělci i larvy se zavrtávají do různých částí stromu a uvolňují spory houby spolu se sekrety, které poskytují živiny pro klíčení spor každý druh „Ambrosia Beetles“ (Coleoptera: Scolytoidea) v asociaci pouze s jedním druhem houby: Monilia, Ceratocystis, Cladosporium, Penicillium, Endomyces, Cephalosporium, Endomycopsis brouci houbu uchovávají a brání proti desikaci ve zvláštním orgánu – kapsovitá vchlípenina nazývaná mycangia nebo mycetangia (má ho jen jedno pohlaví brouků Ambrosia) houba a chodby ucpou xylém a způsobí odumření části nebo celého stromu z chodeb vyčnívají ven křehké piliny jako párátka

AMBROSIA BEETLE – pokr. Platypus flavicornis (Ambrosia beetle) růst houby citlivý na vlhkost dřeva (přes 35%) a teplotu brouk čistí chodbičky od zbytků dřeva a výkalů a podle počasí otvírá či zavírá otvory v kmeni (udržování vhodných podmínek) monokultura houby - její čistota zajišťována antagonismem houby vůči oportunistickým mikrobiálním vetřelcům sekrety brouka - po opuštění tunelu kolonizace mnoha jinými houbami - přerostou původní

AMBROSIA BEETLE – pokr. brouci sami neumí rozkládat celulózu - závislí na houbě ta přemění celulózu na proteinově bohatou mikrobiální biomasu některé druhy brouků, zvláště v larválním stádiu, zcela odkázány na ambrosiální houby jako zdroj potravy houby také produkují vitamíny využívané brouky také zakuklení larvy je částečně závislé na ergosterolu produkovaném houbou brouk houbě zabezpečuje vhodné růstové podmínky: kousky dřeva a výkaly v udržované vlhké atmosféře tunelů

Květolib včelí 2005, Kaltenpoth et al symbióza mezi novým druhem Streptomyces a samotářsky lovící vosou, the European Beewolf, Philanthus triangulum, květolib včelí

Květolib včelí – pokr. Ochromí včelu žihadlem do hrudi, vysaje nektar z jejich úst a odnese ji do komůrky vyhrabané v zemi jako potravu pro své budoucí larvy Samička kultivuje bakterie Streptomyces ve speciálních žlázách v tykadlech a aplikuje je na buňky plodu před kladením Bakterie jsou přijaté larvami a objeví se na stěně kukly a chrání ji proti infekci houbami

Květolib včelí – pokr.