細菌性消臭剤：アマガエルと緑膿菌の共生関係

川は青い小川から始まりますが、友情は2つの生物学的実体間の相互に有益な共生関係から始まります。 野生の過酷な条件で、住民の半分があなたを食べたいとき、笑顔はめったに役に立たない。 しかし、まさに助けになるのは、前述の共生-異なる種の個体間の相互に有益な協力です。 そのような関係の各参加者は、保護、食べ物、家、乗り物など、独自の何かを受け取ります。 しかし、ここでは、 Boana prasina種のアマガエルは、恋愛のために特定のバクテリアと共生する必要があります。 今日、私たちはカエルの皮膚に住んでいる細菌が個々の性別に特有の香りの放出に寄与していることを発見した科学者の驚くべき観察に精通します。これはパートナーを見つけ、したがって生殖に重要な役割を果たします。 科学者はなぜカエルを嗅ぎ、彼らはどのような匂いがするのか（科学者ではなくカエル）、両生類と細菌の間でこのような異常な共生がどのように生じたのか？ 研究グループの報告書で答えが待っています。 行こう

自然界の友情について

人にとって、友情の利益は原則として心理的（感情的）です。 私たちは新しい人々に出会い、友達を作り、コミュニケーションを始めます。なぜなら、私たちは単にそれを楽しむからです。 ペットについても同じことが言えます。 猫、犬、ハムスター、魚など 彼らは人の友人であり、肉体的なサポートよりも道徳的です。 映画「Prostokvashino」の母親の原則に基づいて生活している人々がいますが：

-さて、あなたはあなた自身、この猫は何が良いと思いますか？

「まあ、なぜそれは必ずしも良いのですか？」 たとえば、壁にこの絵を使用することは何ですか？

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しかし、動植物に戻って。 野生では（制御された条件下での共生は考慮しません）、異なる種の代表者間の関係は、生存またはより快適な生活に必要です。





アネモネのカクレクマノミ。



印象的で最も有名な例の1つは、カクレクマノミとイソギンチャク（イソギンチャク）です。 多くの人が「ああ、ニモ！」、アネモネの中に住んでいるなどと叫んでいる魚を見ると、魚類の刺胞細胞（刺す/刺すような細胞）に対して免疫がありますが、捕食者は非常に敏感です。 つまり、カクレクマノミは電気柵のある家に住んでいます。 イソギンチャクはまた、魚の老廃物からの栄養素の形でそのような近隣から恩恵を受けます（はい、イソギンチャクのフレーズ「de ***関係」は文字通り非常に聞こえます）。





別の異常な共生、ヤドカリとアネモネのいくつかの種が形成されます。



海の深さから開花草原に移動します。 私たちはいつも花の隣に誰を代表していますか？ もちろん蜂。 これらの仕事中毒者は花から蜜を集めます。つまり、彼らは食物を受け取ります。 同時に、花から花へと飛んで、彼らはいわゆる間接受粉を実行します。そして、それは生殖の植物を助けます。 言い換えれば、「ろうそくを握りましたか？」という質問は、ハチが肯定的に答え、そのような不適切な質問に対してあなたを刺すでしょう。





ひまわりに蜂。



蜂に加えて、他の種類の昆虫（アリ、マルハナバチ、蝶など）と脊椎動物（鳥、コウモリ、げっ歯類など）が受粉過程で植物を助けます。



すでに理解しているように、共生関係は珍しいことではありません。 私たちは、彼らの存在の事実ではなく、これらの関係の参加者にかなり驚いています。



匂いは、その発生源に関する特定の情報を取得できるようにする化学信号であることに注意してください。 カエルだけでなく、多くの脊椎動物も情報交換の方法として匂いを使用しています。 猫がすることを覚えておいてください（特に春によくあります）-このようにして、彼らはその種の他の代表者に彼らの存在、領土権などについて通知します。 一般に臭気の原因を考慮すると、いくつかの主な原因があります。

• 特定の腺における一次（de novo）分泌合成。
• 排泄の副産物、つまり身体の生命活動の分泌物;
• 環境の使用;
• 共生細菌の代謝産物。

前世紀の70年代に、「発酵の理論」が述べられました。それは、哺乳類の共生細菌が芳香腺にあるタンパク質と脂質を代謝すると述べました。 その結果、通信事業者が通信に使用する揮発性化合物が生成されます。





鳴くトラカエル。



カエルとヒキガエルについて話す場合、ここで情報を送信する主な方法（つまり通信）は常に音（音響信号）と見なされていました。 しかし、このプロセスでは匂いはそれほど重要ではないと考えて、匂いはあまり注目されませんでした。 これはすべて異なることが判明しました。 匂いは情報の伝達（性決定、パートナーの誘引、捕食者からの保護など）において非常に重要であるだけでなく、共生生物、すなわちバクテリアの助けによっても発生します。



科学者は、カエルの皮膚から分泌される秘密には、 有機硫化物* 、 セスキテルペン*およびメトキシピラジン*が含まれていることを発見することができました。 これらの化学物質の供給源は、研究対象者の皮膚に生息するシュードモナス属の細菌です。

有機硫化物* -エーテルの硫黄含有類似物。



セスキテルペン* -C ₁₅ H _{24〜C 15} H _32の炭化水素を含むテルペン類の有機化合物のグループ。



メトキシピラジン*は、悪臭を放つ化合物です。

前述したように、科学者は南アメリカ地域に住むボアナプラシナ種のアマガエルを被験者として選択しました。 この種の生殖期間はかなり長く、その間、雄は音響信号を使用し、非常に強く特徴的な匂いを発します。 科学者たちは、アマガエルの社会活動における匂いの役割の研究は既に行われているが、これらの匂いの原因はまだ調査されていないことを強調しています。



そして今、共生の概念、研究参加者、科学者の目標に精通しているので、観察の結果に慣れるつもりです。

調査結果

科学者は、TFME（固相マイクロ抽出）およびGC / MS（ガスクロマトグラフィー/質量分析）を使用して、種B. prasinaの雄および雌の皮膚の揮発性分泌物の組成に、アルコール、アルデヒドを含む約60-80種類の化合物が含まれることを確立できました、アルケン、エステル、ケトン、メトキシピラジン、テルペン（ヘミテルペン、モノテルペン、セスキテルペン）およびチオエーテル。





画像番号1：B. prasina種のオスとメスの皮膚の揮発性分泌物の化学組成の比較。



上のグラフの指定： モップ -メトキシピラジン; ヘット -ヘミテルペン; Mntはモノテルペンです。 Sqt-セスキテルペン; Hyc-炭化水素; つま先 -チオエーテル; Eth-エーテル; ケト -ケトン; c * -テラリウムでも見られる芳香族化合物。





表1：種B. prasinaのオスとメスの皮膚の揮発性分泌の化学分析からのデータ。



男女ともにこの「香ばしいスープ」の大半は、ヘミテルペン、ケトン、アルコールであることが判明しました（49.9〜78.3％）。



化学組成を比較して男性と女性の違いを判断すると、SQT（セスキテルペン）、TOE（チオエステル）、MOP（メトキシピラジン）が区別され、 2Aと2Bに見られます。





画像番号2：男性と女性の分泌物の化学組成の比較分析。



二重グラフ2Aは、揮発性化合物の相対含有量に基づいています。 サンプルの分散重心は、女性の場合は円、男性の場合は三角形として表示されます。 図2Bは、PCA分析（主成分分析）で得られた最初の4つの主成分に対する各化合物の相対的な寄与を示しています。 円のサイズは寄与の絶対値を示し、色（赤から青）は負または正の寄与を示します。



LDA関数（線形判別分析）の作成のおかげで、化学プロファイル（ 2C ）によって個人の性別を区別できることが科学者に明らかになりました：クラスカルワリス検定：DF = 1、P = 0.001。



データ内の用語の簡単な説明：

• 「相互作用」という言葉は、データの分析で両方の要因が考慮されたことを意味します-個人の性別とサンプリングの方法。
• 「性別」という言葉は、サンプリングの特定の条件下で性別を判断するためだけのデータの分析を意味します。
• in vivo-生体の分析（生体から採取したサンプルではなく）。
• サンプル-生きている個人から採取した皮膚サンプルの分析（個人とは別に分析）。

最も特徴的な3つのクラス（TOE、SQT、およびMOP）のうち、MOP（メトキシピラジン）は男性よりも女性で顕著でした。 これは、尤度比検定から明らかです。 相互作用：χ2 ₁ = 1.20; P = 0.2729; 性別：χ2 ₁ = 12.778; P = 0.0004。



同時に、男性のSQT指数（セスキテルペン）は女性よりも高かった。 相互作用：χ2 ₁ = 23.817; P <0.0001; 性別（in vivo）：χ2 ₁ = 22.933; P <0.0001; 性別（サンプル）：χ2 ₁ = 1.317; P = 0.2511。



最後に、TOEデータ（チオエステル）の分析は、男性がこの化合物をより多く持っていることを示しましたが、それは生体（生体内）で分析された場合のみです。 相互作用：χ2 ₁ = 10.618; P = 0.0011; 性別（in vivo）：χ2 ₁ = 10.9505; P = 0.0009; 性別（サンプル）：χ2 ₁ = 2,0051; P = 0.1568。



SQTとTOEの構成をより詳細に調べると、科学者は最も多く発現された2つの主要な物質、すなわちSQTのジヒドロエデュランIIとTOEのC ₆ H ₁₂ Sを特定しました。



さらに、研究者はメトキシピラジン（MOP）をより詳細に処理することを決定し、そのうち最大4つが分離されました。

• MOP1-2-イソプロピル-3-メトキシピラジン（C ₈ H ₁₂ N ₂ O）
• MOP2-3-イソプロピル-2-メトキシ-5-メチルピラジン（C ₉ H ₁₄ N ₂ O）
• MOP3-2-sec-ブチル-3-メトキシピラジン（C ₉ H ₁₄ N ₂ O）
• MOP4-3-sec-ブチル-2-メトキシ-5-メチルピラジン（C ₁₀ H ₁₆ N ₂ O）

画像3：男性と女性の4種類すべてのMPAのデータ。



分析データからわかるように、MOR3は男性では非常に顕著ですが、分析方法に関係なく女性では顕著ではありません（相互作用：χ2 ₁ = 0.1219; P = 0.727;性別：χ2 ₁ = 49.4548; P <0 、0001）。



しかし、MOR4は反対に、男性ではなく女性で強く発音されます（相互作用χ2 ₁ = 5.3977; P = 0.0202;性別（in vivo）：χ2 ₁ = 25.5523; P <0.0001;性別（サンプル）：χ2 ₁ = 33.1275; P <0.0001）。



MOP1とMOP2は両方の性別でかなり不十分に表され、一緒になってメトキシピラジンの総数の約0-12.8％を占めました。



データ、数値、「誰がより多くを持っているか」の比較、そして今最も興味深いものを見つけました。



実際、TOEとMOPは、微生物によって（通常）生成される化合物です。 したがって、科学者は、これがアマガエルの場合であるかどうかを確認する必要がありました。 サンプルを採取し、そこから皮膚に関連する細菌を分離、培養、同定しました。



注目すべきは、バクテリアの128個の揮発性代謝物から、科学者たちは16個を特定しました。これはカエルにも含まれていました。 また、細菌にのみ存在する5つの化合物が同定されました。





画像番号4： 4A-カエルの皮膚（1-4）および細菌Pseudomonas （5-8）で検出されたMPA、 4B-全イオン電流のGC / MSクロマトグラムミュラーで–ヒントン寒天（右）。



そして、もう1つの非常に興味深い事実があります。4種類すべてのMPA（以前に調べました）は、単一の細菌分離株によって生産されました。 MPA 1-4カエルに存在するものに加えて、細菌はカエルでは検出されなかったいくつかの追加のもの（画像4Aの 5-8）を生産しました。 バクテリアで最も「大規模な」MPAは5番（C ₇ H ₁₀ N ₂ Oまたは2-メトキシ-3,5-ジメチルピラジン）であり、メトキシピラジンの総数の約82.4±16.7％を占めていることも注目に値します。



細菌とカエルのMOP1-4を比較すると、MOP2は細菌でよりよく発現している（5.9±6.9％）が、MOP3とMOP4はカエルよりも悪い（2.6±5.0％と2 、それぞれ7±2.1％）。





イメージNo. 5：さまざまな地域からさまざまな時間に撮影された被験者の皮膚上の細菌の集団。



この研究の個人は、野生、より正確には4つの異なる地域（ 5A ）から採取されました。 細菌の数は異なる地域の個体で異なり、飼育下で費やされた時間に依存していました（ 5B ）。



4つのサイト（60〜63％）の皮膚細菌コロニーおよび5つの異なるサンプリング期間（56〜66％）で観察されたアクティブな分類単位（OTU）の半数以上の変動にもかかわらず、次の細菌ファミリーの代表として特定できます。 腸内細菌 、 シュード モナダレス 、 メチロフィラ 、 オセアノスピラ 、 アクチノミセス 、 バシヤ 、 アルテロ モナデールおよびバークホルデリア 。 この品種の中で最も顕著なものは、 クレブシエラ （ 腸内細菌 ）およびシュードモナス （ シュードモナダレス ）でした。 これをグラフ5Aおよび5Bに示します。



異なる地域からのテストされた個人の間で特に違いは見つかりませんでした。 しかし、捕われの身における時間の影響は明白でした。 したがって、細菌の多様性とその数は時間とともに減少しました（飼育下）：1日目-163±26、3日目：145±35、10日目：100±9、2週間：104±41および8か月：155±34。



居住地域と飼育下での時間に応じた違いは、 シュードモナス菌の間でも見られました。 一部のOTUは、特定の地域のカエルでのみ検出された（ 5C ）か、すでに飼育下で表示されていました（ 5D ）。 しかし、この属の4種類の細菌は、ほとんどのサンプルでまだ見つかっています。つまり、制御された実験室環境で地理的要因と時間に依存していませんでした。 同時に、男性（平均1.7％）と女性（平均2.4％）でシュードモナス菌の数に差がありました。 これらの指標は、特に最初の3日間、両性で飼育下にいる間に減少しました。初日の最大値8.8±4.3％から3日目の最大値-0.4±0.2％です。



分析されたデータから、キャリアが使用する揮発性化合物の分泌に積極的に関与しているのはシュードモナス菌であると結論付けることができます。 カエルは、性別を決定するために、繁殖期中に捕食者に対する保護としてパートナーを引き付けます。



この研究のニュアンスをさらに詳しく知りたい場合は、研究グループのレポートとそれに追加する資料を調べることをお勧めします。

エピローグ

両生類を含む多くの生物の生活において臭気が極めて重要な役割を果たすという事実は、かなり以前から知られています。 しかし、これらの臭気の主な原因と揮発性化合物の生成メカニズムを特定することを目的とするこのような研究はまだ行われていない。



科学者は、どの化学化合物が臭気の形成に重要であり、何がそれらを生成するかを正確に見つけることができました。 アマガエルの皮膚には、さまざまな家族の多くの細菌が生息しています。 科学者は、両生類の皮膚によって合成された生体分子がフィルターとして機能し、それを介して異なる種類の細菌のユニークな組み合わせが皮膚に住むことを示唆しています。 また、カエルの皮膚にあるMOP産生細菌であるシュードモナスによって分泌される揮発性化合物は、情報化学物質、つまり細菌同士のコミュニケーションの手段として機能します。



次に、アマガエルはこれを、交尾シーズン中に音響信号とともに他の個体に与えられる信号のタイプの1つとして使用します。これは、野生および実験室条件での行動テストによって確認されます。



将来、研究者は細菌とアマガエルの相互作用をより詳細に研究するために研究を続けます。 科学者はこの研究を、両生類（だけでなく）とさまざまな微生物との共生関係を理解する最初のステップと呼んでいます。



はい、そのような研究は人類に実際的な利益をもたらさないかもしれませんが、それについて話すのは時期尚早です。なぜなら、1つの発見が私たちの生活に何らかの形で影響を及ぼし得る一連の新しい研究につながる可能性があるからです。 しかし、これらの研究が正確に提供するのは、私たちの周りの世界の側面に関する知識と理解であり、それについてはまだすべてを知っているわけではありません。







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