I ricercatori e i colleghi dell'UC San Diego Center for Microbiome Innovation (CMI) sulla costa orientale hanno quantificato per la prima volta il numero di batteri nelle viscere di un'ampia gamma di specie di formiche nella foresta pluviale amazzonica. Hanno scoperto che le formiche principalmente erbivore che vivono nella chioma hanno ordini di grandezza in più di batteri rispetto a quelle che vivono a terra. Il lavoro ha implicazioni sul modo in cui vengono condotti gli studi sul microbioma. Gli autori hanno pubblicato lo studio il 27 luglio in Biologia Integrativa e Comparata .

Quando gli entomologi tropicali iniziarono indagini sistematiche sulla biomassa di artropodi nelle chiome delle foreste pluviali, furono sorpresi di scoprire che le formiche ne costituivano la maggior parte. Il problema verteva su un'apparente inversione della classica piramide della biomassa dell'ecosistema terrestre:si presumeva che le formiche fossero predatori, eppure hanno superato la loro potenziale preda.

Questo "paradosso" della biomassa è stato parzialmente risolto nel 2003, quando gli scienziati hanno trovato prove che la maggior parte delle formiche che vivono nella chioma della foresta pluviale sono erbivori che si nutrono di liquidi di origine vegetale come la linfa e il nettare, ma questo ha presentato un altro dilemma:azoto, un nutriente biologico necessario, è limitato in queste risorse. In che modo queste formiche erbivore del baldacchino acquisiscono abbastanza azoto per far crescere le loro colonie?

"È noto che gli insetti con diete squilibrate dai nutrienti si affidano spesso a simbiosi batteriche per completare le loro esigenze nutrizionali, "ha detto Jon Sanders, l'autore principale della carta e postdoc nel laboratorio del direttore di facoltà CMI Rob Knight, che si trova presso la School of Medicine della UC San Diego. Infatti, i batteri Blochmannia della formica carpentiere sono stati tra i primi batteri scoperti ad avere una relazione simbiotica con il loro ospite, e sembrano svolgere un ruolo nell'aggiornamento o nel riciclaggio dell'azoto, Sanders ha detto.

"100 anni dopo questa scoperta, è stato scoperto che batteri extracellulari specializzati abitano le viscere morfologicamente elaborate del genere arboreo del nuovo mondo Cephalotes - nome comune "formiche tartaruga", anche recentemente resi famosi per le loro capacità di volo a vela, " ha detto Sanders, che ha pubblicato un articolo sull'evoluzione di questi batteri nel 2014. "Sappiamo che esistono, questo concetto non è nuovo".

Ma ciò che è nuovo è il modo in cui è stato condotto questo studio, utilizzando quantitativi, piuttosto che qualitativo, metodi per capire quanti ce ne sono, e il significato biologico della loro presenza.

Le attuali tecniche di sequenziamento iniziano quasi sempre con una fase di amplificazione in cui il DNA stampo originale viene copiato molte volte. Le librerie risultanti non conservano quasi alcuna informazione sul numero di batteri presenti all'inizio.

"La fase di amplificazione può essere soggetta a contaminazione, soprattutto per campioni come le formiche che hanno concentrazioni di DNA di partenza molto basse, " ha detto Sanders. "Anche in assenza di contaminazione, è probabile che le implicazioni biologiche delle comunità batteriche a densità molto bassa siano sostanzialmente diverse rispetto a quelle dei simbionti altamente abbondanti. Senza ulteriori informazioni sull'abbondanza assoluta, può essere difficile trarre conclusioni biologiche significative dalla diversità".

Sanders e il suo team hanno utilizzato due metodi indipendenti:PCR quantitativa (qPCR) e microscopia a fluorescenza, che ha comportato il trasporto di un microscopio da 60 libbre attraverso l'Amazzonia, per valutare l'abbondanza assoluta di cellule batteriche.

Quello che hanno scoperto è stato sorprendente:le formiche erbivore che vivono nella chioma hanno da tre a quattro ordini di grandezza in più di batteri nel loro intestino rispetto alle formiche che vivono nel terreno.

Ridimensionato a dimensione umana, ha le dimensioni di una bottiglia di soda da due litri. Comparativamente, Le formiche macinate contengono abbastanza batteri da uguagliare le dimensioni di un chicco di caffè tostato.

"Ciò indica che svolgono un ruolo importante, " ha detto Sanders. "Presumibilmente a che fare con il mantenimento di grandi flussi di nutrienti."

Stranamente, però, i ricercatori non hanno visto gli stessi batteri presenti in tutti i generi erbivori, quindi perché le formiche che vivono sulla chioma hanno bisogno di così tanti batteri nelle loro viscere, e perché non sembra importare quali? E come sono nate queste relazioni? La scienza dirà, dice Sanders.

"Di solito pensiamo a un microbioma come a qualcosa che ha un animale, "ha detto Sanders. "Ma penso che stiamo imparando che cosa significa avere un microbioma è categoricamente diverso tra gli animali, e che i dati sull'abbondanza assoluta sono necessari per comprenderne il significato biologico".