Ученые выявили наличие магнитных бактерий у животных

Удивительная способность мигрирующих животных ориентироваться и запоминать маршруты может быть связана не только с чувствительностью к магнитным полям Земли, но и, возможно, с взаимодействием с магнитными бактериями, живущими внутри них.

Связь между этими магнитными бактериями и животными, в которых они обитают, пока еще не до конца изучена, но доцент кафедры биологии Калифорнийского университета в Центральной Флориде Роберт Фитак недавно составил базу данных ДНК животных, содержащую сотни миллионов последовательностей, показывающих наличие различных типов магнитных бактерий, которую он может использовать в качестве инструмента для получения дополнительных знаний.

База данных знаменует собой шаг вперед в его исследованиях и основывается на предыдущих гипотезах и анализах, опубликованных в 2020 году в сотрудничестве с коллегами из Великобритании и Израиля.

В 2021 году компания Фитак продолжил изучать базы данных, чтобы классифицировать животных, которые могут быть носителями магнитных бактерий, и выявить распространенные закономерности.

«В первом исследовании мы изучили существующие наборы данных и обобщили, где мы обнаружили эту бактерию у разных животных», — говорит он. «Мы изучили около 50 000 предыдущих научных исследований. Теперь мы фактически расширили это, изучив всемирную базу данных генетической информации, и нам удалось обобщить, где расположены эти бактерии, на основе триллионов генетических последовательностей».

База данных была опубликована ранее в этом году в журнале Data in Brief и заимствует информацию из общедоступного архива Sequence Read Archive Национального центра биотехнологической информации.

Фитак сосредоточился на организации последовательностей ДНК, полученных от разных видов животных, которые соответствуют известным магнитным бактериям, чтобы помочь ему и другим исследователям сузить свои усилия по изучению как экологической, так и экологической роли магнитных бактерий или идентифицировать потенциальных животных-хозяев.

Фитак и его коллеги используют уточненные данные для выявления потенциальных организмов-хозяев магнитных бактерий и для обеспечения более широкого контекста для изучения их возможных ролей в организме животных, например, для навигации.

«В конечном итоге, если мы лучше поймем, как ориентируются животные, это будет полезно для сохранения исчезающих или охраняемых видов», — говорит Фитак. «Если мы будем знать, куда и как они собираются двигаться, это поможет нам принимать более точные управленческие решения».

Ему интересно узнать, находятся ли магнитные бактерии в областях внутри животного, чтобы они могли их чувствовать, например, в частях нервной системы. Фитак считает, что они могли бы служить навигационной помощью для животных или давать дополнительный импульс таким существам, как птицы или морские черепахи, которые уже используют магнитное поле Земли для навигации на большие расстояния.

Он также говорит, что еще одним потенциальным преимуществом является то, что ученые смогут изучить, как животные чувствуют магнитные поля, и потенциально имитировать их использование в различных приложениях, например, для доставки лекарств.

Однако, по словам Фитака, нет убедительных доказательств того, что эти животные используют магнитные бактерии для навигации или нет.

«Главный вывод, который мы сделали на данный момент по результатам нашего исследования, заключается в том, что мы пока не знаем, чувствуют ли эти бактерии наличие бактерий в животном, но у нас есть доказательства того, что они живут в этих животных», — говорит он. «Но мы узнали, что можем использовать генетические метки, которые являются сигнатурами бактерий, производящих магниты, и мы идентифицировали генетические сигнатуры этих бактерий внутри различных животных, включая людей».

Эти виды бактерий часто живут в отложениях или илах, где мало кислорода, говорит Фитак. Они собирают микроскопические и намагниченные железные «цепочки», чтобы облегчить свое движение, говорит он.

Фитак говорит, что пока неясно, каким образом эти бактерии попадают в организм, но есть теория, что это может происходить путем поглощения или потребления.

«На сегодняшний день наши результаты по всем проектам показывают, что эти магнитные бактерии, по-видимому, являются постоянным компонентом микробиомов многих видов», — говорит он. «Надеюсь, наша будущая работа покажет, были ли они просто случайно собраны из окружающей среды, являются функциональным компонентом магнитного зондирования для животного-хозяина или по какой-то другой неизвестной причине».

Фитак и его команда студентов-исследователей сосредоточены на изучении образцов зеленых и головастых морских черепах для дальнейшего изучения магнитных бактерий.

«Морские черепахи — своего рода модель навигации животных», — говорит он. «Мы проверяли наши гипотезы на морских черепахах, поскольку они очень точно добираются до определенных мест».

Сосредоточение на морских черепахах было естественным следующим шагом, поскольку известно, что они обладают магнитными бактериями и зависят от магнитного поля Земли для миграции, говорит Фитак. Исследовательская группа морских черепах UCF также сыграла важную роль в получении образцов черепах, говорит он.

«Я работаю в лаборатории, чтобы извлекать ДНК из образцов и использовать геномику для определения того, какие бактерии находятся в образцах и какие из них являются магнитообразующими, которые мы ищем», — говорит Джулианна Мартин, работающая с Фитаком.

Мартин и ученые из Группы по исследованию морских черепах Калифорнийского университета в Центральной Флориде осторожно собирают образцы слез мягкими тампонами у самок, которые впадают в состояние, близкое к трансу, когда откладывают яйца, и у молодых особей в лагуне реки Индиан.

По словам Мартин, когда черепахи находятся на суше, они выделяют обильные липкие слезы, чтобы увлажнять глаза, и их сбор занимает около 30 секунд.

«Мы начали со слезных протоков, потому что они связаны с нервами, которые потенциально связаны с магнитным чувством животных», — говорит она. «С биологической точки зрения имеет смысл искать там, и собирать слезы морских черепах легко».

Мартин говорит, что она довольна достигнутым прогрессом, но надеется, что набранный темп позволит их исследованию прийти к более определенным выводам.

«Это исследование было действительно захватывающим», — говорит она. «Никто не искал их специально у морских черепах. Мне интересно узнать, откуда они взялись и какие виды бактерий, производящих магниты, есть у каждого вида морских черепах. Это еще далеко, но сейчас мы работаем над описанием того, «есть ли они там?» и «откуда они берутся?»

По словам Фитака, возможность поделиться уникальным открытием магнитных бактерий, помогающих животным ориентироваться, поистине удивительна.