В рамках биоэнергетического исследования Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора (LLNL) ученый, автор проекта Дженнифер Петт-Ридж и коллеги узнали, как пищеварительная система древесного жука служит естественным мини-реактором для производства биотоплива.
Исследователи LLNL обнаружили, что пищеварительная система рогатого passalus жука (Odontotaenius disjunctus) служит мини-реактором для производства биотоплива.
Группа ученых рассмотрела микроорганизмы, живущие в пищеварительном тракте рогатого passalus жука. Эти жуки, которые распространены по всей восточной части США, ответственны за разложение огромного количества древесины и превращение ее в органическое вещество, что способствует питательному запасу в лесных почвах.
Считается, что тот факт, что эти жуки могут жить на пище (древесине) очень низкого качества, состоящей в основном из лигнина, целлюлозы и гемицеллюлозы с очень небольшим количеством азота, связан с возможностями бактерий и грибов, которые находятся в их пищеварительной системе.
По мнению биогеохимиков, понимание того, как популяции микробиома кишечника взаимодействуют для деконструкции лигноцеллюлозных материалов до сахаров или потенциальных биотоплив, таких как водород и метан, может потенциально помочь в оптимизации промышленной деградации целлюлозы.
Жук обрабатывает большое количество древесной биомассы и развил симбиотические отношения с микробами кишечника, чтобы выжить на диете с низким содержанием питательных веществ. Микробное сообщество в кишечнике жука обеспечивает пищеварительные ферменты, которые разрушают сложные полисахариды и лигнин растительных клеток. Физически кишечник сильно разделен, что приводит к сегментации микробных популяций и процессов извлечения энергии из лигноцеллюлозы.
Чтобы понять сложные связи, которые составляют пищеварительную систему, команда определила среду, в которой эти организмы взаимодействуют, определила местоположение ключевых видов и их геномы и подтвердила метаболические пути, способствующие их эффективному метаболизму лигноцеллюлозного материала.
Расщепление лигнина и целлюлозы для получения топлива химически очень трудно. Жук не может сделать это сам. Ему нужна разнообразная группа бактерий и других микробов в его кишечнике, чтобы помочь. Пространственная стратификация в кишечнике жука допускает различные микроокружения: некоторые более кислые, некоторые более анаэробные. Каждый из них, по-видимому, имеет сообщество, которое последовательно перерабатывает древесные субстраты и извлекает энергию.
Исследователи изучают их, потому что они являются естественной моделью завода. Грубый древесный мусор составляет огромное количество биомассы в лесных экосистемах. В результате, несколько групп насекомых эволюционировали, чтобы воспользоваться этим обильным ресурсом, образуя специализированные лесные гильдии.
Среди наиболее известных групп насекомых, которые специализировались таким образом, термиты и специфические группы жуков. Эти группы считаются экономически важными насекомыми из-за деструктивного характера некоторых их членов, таких как подземные термиты, короеды и длиннорогие. Эти насекомые способны осуществлять механический и ферментативный распад грубой древесной биомассы, что критически важно для экологии этих экосистем. Эта способность существовать на древесной биомассе частично обусловлена симбиотическими ассоциациями, которые развились между этими насекомыми и их кишечными микроорганизмами.
Жук представляет собой отличную модель системы, которая преобразует lignocelluloses на водород, метан, этанол и другие биоэнергетические значимые продукты.
