共生酵母帮助天牛甲虫吃木头缩略图

即使对昆虫来说,木材也是一种坚硬的食物来源,因为它含有纤维素等坚硬的物质。为了使木材更可口,一些以木材为食的昆虫得到共生微生物的帮助,这些微生物将木材的成分分解成可食用的形式。

日本名古屋大学的一个研究小组从日本天牛甲虫的成虫、幼虫和卵中分离出一种共生酵母,并确定了储存酵母的特殊器官,使甲虫能够分解木材中不可口的成分。他们的研究结果发表在《公共科学图书馆·综合》上。

名古屋大学讲师Wataru Toki博士说:“我从小就对天牛甲虫着迷,因为日本有900多种天牛甲虫,它们看起来很酷。”“当我还是个孩子的时候,我想看看我以前从未见过的新的天牛甲虫。作为一名研究人员,我对它们如何吃木头很感兴趣,因为毕竟人类不能吃木头。我发现几项研究表明微生物可能是关键。”

木材是天牛甲虫生命周期的重要组成部分。在拜访花朵收集花粉后,雌性日本花天牛甲虫在死亡和腐烂的木头上产卵。不到一个月,幼虫就会孵化并钻到树林里。它们在孵化成成虫之前进食并化蛹。了解幼虫如何通过吃木头生存很重要,因为它们有助于分解死木头,有助于森林中营养物质的循环。

由原硕士研究生岸上真子女士(她/她)领导的研究小组;松冈文明先生(他/他),在读硕士研究生;和名古屋大学生物农业科学研究生院讲师Wataru Toki博士(他/他),与国家遗传研究所和林业和林产研究所合作,研究了天牛甲虫的幼虫和成虫阶段。他们发现甲虫有特殊的器官,使它们能够使用一种叫做Scheffersomyces entomtosa的共生酵母。他们还发现酵母可以分解木材的成分,将其转化为食物来源。

这种酵母是从成年雌性和幼虫产卵管中的膜状管状袋中分离出来的,特别是在肠道附近的一个含有囊状组织的区域,称为足菌组。当在培养实验中测试酵母是否能分解木材成分时,研究人员发现它能分解木糖和其他昆虫自己无法分解的木材成分。

Toki说:“这些结果表明,酵母是通过产卵从母亲传给后代的,它在食木后代的生长中起着重要作用。”“在产卵(产卵的过程)期间,母亲将酵母放置在卵子表面。然后孵化的幼虫以蛋壳为食获得酵母。后代长大后将酵母储存在它们的菌群中,当它们成年后,它们将酵母带进它们的菌群(一种储存酵母的特殊器官),并将其运送到下一个产卵地点。”

“森林中有大量以木材为食的昆虫,但已知只有少数与特定的微生物有关。这项研究首次确定了日本花天牛甲虫与酵母的共生关系,日本花天牛甲虫是日本森林中最常见的昆虫,”Toki说。酵母的其他用途也有可能。如果酵母产生抗生素,这可能会保护甲虫免受致病微生物的侵害。”