ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับปลวก

ปลวกเป็นหนึ่งในสิ่งมีชีวิตหายากที่สามารถกินเนื้อไม้ได้ ความสามารถที่โดดเด่นนี้ทำให้พวกมันกลายเป็นหนึ่งในสัตว์ที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดในเขตร้อนบนบก และพวกมันก็มีแบคทีเรียในลำไส้ที่น่าขอบคุณ สัตว์หลายชนิดต้องอาศัยชุมชนจุลินทรีย์ในลำไส้เพื่อช่วยในกระบวนการย่อยอาหาร ตัวอย่างเช่น มีแบคทีเรียประมาณ 39 ล้านล้านตัวในระบบทางเดินอาหารของมนุษย์ อย่างไรก็ตาม ไมโครไบโอมในลำไส้ของปลวกจัดอยู่ในกลุ่มสัตว์ที่ซับซ้อนที่สุด ประกอบด้วยส่วนผสมที่หลากหลายของแบคทีเรีย โพรทิสต์ และเชื้อรา ซึ่งสามารถย่อยสลายและสกัดสารอาหารที่จำเป็นจากวัสดุที่สัตว์ส่วนใหญ่ย่อยไม่ได้ เช่น ลิกโนเซลลูโลสในเนื้อไม้ นักชีววิทยาได้ศึกษาจุลินทรีย์ในลำไส้ของปลวกมานานกว่าศตวรรษ แต่พวกเขาไม่เห็นด้วยกับคำถามสำคัญข้อหนึ่ง: แบคทีเรียในลำไส้ของปลวกมีวิวัฒนาการอย่างไร งานวิจัยบางชิ้นกล่าวว่าปลวกได้รับการสร้างจุลินทรีย์ในลำไส้จากพ่อแม่ ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการแพร่เชื้อในแนวดิ่ง คนอื่นแย้งว่าสายเลือดเฉพาะทางอาหารได้รับมาอย่างอิสระจากสิ่งแวดล้อมตลอดช่วงวิวัฒนาการ - เรียกว่าการถ่ายทอดในแนวนอน ในการศึกษาที่ใหญ่ที่สุดจนถึงปัจจุบันเพื่อตรวจสอบ DNA ของจุลินทรีย์ในลำไส้ของปลวก นักวิจัยจาก Evolutionary Genomics Unit ที่ OIST ร่วมกับเพื่อนร่วมงานที่มหาวิทยาลัยซิดนีย์ มีคำตอบที่รวมการอภิปรายทั้งสองด้านเข้าด้วยกัน "เราพบว่าปลวกส่วนใหญ่ได้รับแบคทีเรียในลำไส้ของพวกมันทั้งจากพ่อแม่และจากอาณานิคมของปลวกตัวอื่น" ศาสตราจารย์ Thomas Bourguignon หัวหน้าหน่วยกล่าว "หมายความว่าการแพร่เชื้อทั้งแนวตั้งและแนวนอนมีความสำคัญในช่วง 150 ล้านปีของวิวัฒนาการของปลวก" การศึกษาที่ผ่านมาใช้ตัวอย่างขนาดเล็กจำนวน 20 ชนิดหรือน้อยกว่า ซึ่งนำมาจากสถานที่และประเภทอาหารที่จำกัด อย่างไรก็ตาม ที่นี่ Prof. Bourguignon และเพื่อนร่วมงานของเขาได้วิเคราะห์สายเลือดของแบคทีเรีย 211 สายพันธุ์จากลำไส้ของ ตัวปลวก 94 สายพันธุ์ ซึ่งรวบรวมจากสี่ทวีป ได้แก่ เอเชีย โอเชียเนีย อเมริกาใต้ และแอฟริกา ผลลัพธ์ของพวกเขา ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารCurrent Biology พวกเขาสกัดดีเอ็นเอของแบคทีเรียจากลำไส้ของปลวกและจัดลำดับสารพันธุกรรมที่เรียกว่า 16S rRNA ซึ่งมักใช้เพื่อระบุชนิดของแบคทีเรีย ด้วยข้อมูลทางพันธุกรรมนี้ พวกเขาสามารถสร้างแผนผังครอบครัวที่แสดงประวัติวิวัฒนาการและความสัมพันธ์ระหว่างสายพันธุ์แบคทีเรียได้ ผลลัพธ์ของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าไมโครไบโอมในลำไส้ของปลวกมีรูปร่างโดยการส่งผ่านแบบ "โหมดผสม" ซึ่งรวมการส่งผ่านแนวตั้งจากโคโลนีสู่ลูกหลานกับการถ่ายโอนแนวนอนจากโคโลนีสู่โคโลนี เมื่อแบคทีเรียถูกถ่ายโอนในแนวตั้งระหว่างรุ่นต่างๆ ของปลวก พวกมันสามารถพัฒนาร่วมกับปลวกที่เป็นโฮสต์ของพวกมันได้ กลายเป็นความเชี่ยวชาญอย่างมากต่ออาหาร ที่อยู่อาศัย และโรคของพวกมัน "แบคทีเรียจำนวนมากที่เราพบมีอยู่ในตัวปลวกเท่านั้น และบางชนิดก็อยู่เฉพาะในบริเวณเฉพาะของลำไส้ของปลวกเท่านั้น" ศาสตราจารย์ Bourguignon กล่าว การแพร่เชื้อในแนวตั้งมีความสำคัญต่อไมโครไบโอมในลำไส้ของมนุษย์เช่นกัน ในปี 2559 นักชีววิทยาแสดงให้เห็นว่ามนุษย์เราได้รับจุลินทรีย์ในลำไส้บางส่วนจากบรรพบุรุษที่เราแบ่งปันกับลูกพี่ลูกน้องของลิง อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติบางประการของวิถีชีวิตของปลวกหมายความว่าพวกมันมีแนวโน้มที่จะแพร่เชื้อในแนวราบของแบคทีเรียในลำไส้ แบคทีเรียสามารถถ่ายโอนระหว่างปลวกระหว่างการต่อสู้ได้ เพราะปลวกที่แข็งแรงกว่ามักจะกินปลวกที่อ่อนแอกว่า ปลวกยังอาจได้รับแบคทีเรียในลำไส้จากปลวกสายพันธุ์อื่นหรือแม้แต่สัตว์อื่น ๆ ทั้งหมด ผ่านทางดินหรือแหล่งอาหารอื่น ๆ โดยการกินอุจจาระเข้าไป การค้นพบว่าแบคทีเรียบางชนิดได้เปลี่ยนโฮสต์ในระหว่างวิวัฒนาการอาจหมายความว่าแบคทีเรียในลำไส้ของปลวกบางชนิดแพร่หลายมากขึ้นในลำไส้ของสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ มากกว่าที่เราเคยคิดไว้ หน่วยจีโนมิกส์วิวัฒนาการกำลังดำเนินการวิจัยเพิ่มเติมเกี่ยวกับพันธุกรรมของแบคทีเรียในลำไส้ของปลวก โดยหวังว่าจะค้นพบเพิ่มเติมเกี่ยวกับเอนไซม์เฉพาะที่แบคทีเรียใช้ในการทำลายไม้ ซึ่งเป็นกระบวนการที่นักชีววิทยายังไม่ค่อยทราบ