Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Môi trường vi sinh vật trong ruột của ấu trùng Chironomus plumosus sống trong bùn được đặc trưng bằng các cảm biến vi mô O2, pH và điện thế oxy hóa khử
Tóm tắt
Chúng tôi đã thiết lập một hệ thống mà trong đó các cảm biến vi mô có thể được sử dụng để mô tả môi trường vi sinh vật trong ruột của động vật thân mềm sống dưới nước. Trong một tế bào dòng chảy nhỏ, chúng tôi đã đo các gradient vi mô thông qua những cái ruột bị mổ của ấu trùng Chironomus plumosus (O2, pH, điện thế oxy hóa khử [E_h]), trong huyết tương (O2), và hướng tới bề mặt cơ thể (O2). Môi trường vi sinh vật trong ruột được so sánh với các điều kiện hóa học trong trầm tích hồ nơi mà động vật tồn tại và sinh sống. Khi các cái ruột được ủ ở cùng nồng độ O2 danh nghĩa như trong huyết tương, nội dung trong ruột hoàn toàn không có oxy và có giá trị pH và E_h thấp hơn một chút so với trong trầm tích xung quanh. Khi các cái ruột được oxy hóa nhân tạo, tỷ lệ tiêu thụ O2 thể tích của nội dung trong ruột cao hơn ít nhất 10 lần so với trong trầm tích. Sử dụng các tỷ lệ tiêu thụ O2 tiềm năng này trong một mô hình khuếch tán–phản ứng trụ, dự đoán rằng việc khuếch tán O2 từ huyết tương vào ruột không thể làm oxy hóa nội dung trong ruột dưới các điều kiện in vivo. Thêm vào đó, các tỷ lệ tiêu thụ O2 tiềm năng cao đến nỗi việc tiếp nhận O2 hòa tan cùng với thức ăn có thể bị loại trừ để oxy hóa nội dung trong ruột. Chúng tôi kết luận rằng vi sinh vật có mặt trong ruột của C. plumosus không thể thể hiện quá trình trao đổi chất hiếu khí. Kỹ thuật cảm biến vi mô đã trình bày và phân tích dữ liệu có thể được áp dụng cho ruột của các loài động vật thân mềm khác có hô hấp qua da.
Từ khóa
#Chironomus plumosus #môi trường vi sinh vật #cảm biến vi mô #trao đổi chất hiếu khí #trầm tích hồTài liệu tham khảo
Altmann D, Stief P, Amann R, De Beer D (2004) Nitrification in freshwater sediments as influenced by insect larvae: quantification by microsensors and fluorescence in situ hybridization. Microb Ecol 48:145–153
Boetius A, Felbeck H (1995) Digestive enzymes in marine invertebrates from hydrothermal vents and other reducing environments. Mar Biol 122:105–113
Bouwer ST, Hoofd L, Kreuzer F (1997) Diffusion coefficients of oxygen and hemoglobin measured by facilitated oxygen diffusion through hemoglobin solutions. Biochim Biophys Acta 1338:127–136
Brendelberger H (1997) Bacteria and digestive enzymes in the alimentary tract of Radix peregra (Gastropoda, Lymnaeidae). Limnol Oceanogr 42:1635–1638
Breznak JA, Brune A (1994) Role of microorganisms in the digestion of lignocellulose by termites. Annu Rev Entomol 39:453–487
Broecker WS, Peng T-H (1974) Gas exchange rates between air and sea. Tellus 26:21–35
Brune A, Friedrich M (2000) Microecology of the termite gut: structure and function on a microscale. Curr Opin Microbiol 3:263–269
Brune A, Kühl M (1996) pH profiles of the extremely alkaline hindguts of soil-feeding termites (Isoptera: Termitidae) determined with microelectrodes. J Insect Physiol 42:1121–1127
Brune A, Emerson D, Breznak JA (1995) The termite gut microflora as an oxygen sink: microelectrode determination of oxygen and pH gradients in guts of lower and higher termites. Appl Environ Microbiol 61:2681–2687
Brune A, Frenzel P, Cypionka H (2000) Life at the oxic–anoxic interface: microbial activities and adaptations. FEMS Microbiol Rev 24:691–710
Ebert A, Brune A (1997) Hydrogen concentration profiles at the oxic–anoxic interface: a microsensor study of the hindgut of the wood-feeding lower termite Reticulitermes flavipes (Kollar). Appl Environ Microbiol 63:4039–4046
Eller G, Deines P, Grey J, Richnow H-H, Krüger M (2005) Methane cycling in lake sediments and its influence on chironomid larval δ13C. FEMS Microbiol Ecol 54:339–350
Fox HM (1952) Anal and oral intake of water by Crustacea. J Exp Biol 29:583–599
Frouz J, Kristufek V, Li X, Santruckova H, Sustr V, Brune A (2003) Changes in amount of bacteria during gut passage of leaf litter and during coprophagy in three species of Bibionidae (Diptera) larvae. Folia Microbiol 48:535–542
Goedkoop W, Johnson RK, Van de Bund WJ, Kraak MHS (1992) Modelling the importance of sediment bacterial carbon for profundal macroinvertebrates along a lake nutrient gradient. Neth J Aquat Ecol 26:477–483
Goedkoop W, Sonesten L, Markensten H, Ahlgren G (1998) Fatty acid biomarkers show dietary differences between dominant chironomid taxa in Lake Erken. Freshw Biol 40:135–143
Harris JM (1993) The presence, nature, and role of microflora in aquatic invertebrates: a synthesis. Microb Ecol 25:195–231
Horn MA, Schramm A, Drake HL (2003) The earthworm gut: an ideal habitat for ingested N2O-producing microorganisms. Appl Environ Microbiol 69:1662–1669
Johnson RK, Boström B, Van de Bund WJ (1989) Interactions between Chironomus plumosus L. and the microbial community in surficial sediments of a shallow eutrophic lake. Limnol Oceanogr 34:992–1003
Jones RI, Grey J (2004) Stable isotope analysis of chironomid larvae from some Finnish forest lakes indicates dietary contribution from biogenic methane. Boreal Environ Res 9:17–23
Jørgensen BB (1977) Bacterial sulfate reduction within reduced microniches of oxidized marine sediments. Mar Biol 41:7–17
Jumars PA (2000) Animal guts as ideal chemical reactors: maximizing absorption rates. Am Nat 155:527–543
Kappler A, Brune A (1999) Influence of gut alkalinity and oxygen status on mobilization and size-class distribution of humic acids in the hindgut of soil-feeding termites. Appl Soil Ecol 13:219–229
Kappler A, Brune A (2002) Dynamics of redox potential and changes in redox state of iron and humic acids during gut passage in soil-feeding termites (Cubitermes spp.). Soil Biol Biochem 34:221–227
Karsten GR, Drake HL (1997) Denitrifying bacteria in the earthworm gastrointestinal tract and in vivo emission of nitrous oxide (N2O) by earthworms. Appl Environ Microbiol 63:1878–1882
Lemke T, Stingl U, Egert M, Friedrich MW, Brune A (2003) Physicochemical conditions and microbial activities in the highly alkaline gut of the humus-feeding larva of Pachnoda ephippiata (Coleoptera: Scarabaeidae). Appl Environ Microbiol 69:6650–6658
Miller PL (1993) Responses of rectal pumping to oxygen lack by larval Calopteryx splendens (Zygoptera, Odonata). Physiol Entomol 18:379–388
Neumann D (1961) Der Einfluß des Eisenangebotes auf die Hämoglobinsynthese und die Entwicklung der Chironomus-Larve. Z Naturforsch B 16:820–824
Pelegri SP, Blackburn TH (1996) Nitrogen cycling in lake sediments bioturbated by Chironomus plumosus larvae, under different degrees of oxygenation. Hydrobiologia 325:231–238
Plante C, Jumars P (1992) The microbial environment of marine deposit-feeder guts characterized via microelectrodes. Microb Ecol 23:257–277
Plante CJ, Mayer LM (1994) Distribution and efficiency of bacteriolysis in the gut of Arenicola marina and three additional deposit feeders. Mar Ecol Prog Ser 109:183–194
Plante CJ, Shriver AG (1998) Patterns of differential digestion of bacteria in deposit feeders: a test of resource partitioning. Mar Ecol Prog Ser 163:253–258
Plante CJ, Jumars PA, Baross JA (1990) Digestive associations between marine detritivores and bacteria. Annu Rev Ecol Syst 21:93–127
Rasmussen JB (1984) Comparison of gut contents and assimilation efficiency of fourth instar larvae of two coexisting chironomids, Chironomus riparius (Meigen) and Glyptotendipes paripes (Edwards). Can J Zool 62:1022–1026
Revsbech NP (1989) An oxygen microsensor with a guard cathode. Limnol Oceanogr 34:474–478
Revsbech NP, Jørgensen BB, Blackburn TH, Cohen Y (1983) Microelectrode studies of the photosynthesis and O2, H2S, and pH profiles of a microbial mat. Limnol Oceanogr 28:1062–1074
Rouf MA, Rigney MM (1993) Bacterial florae in larvae of the lake fly Chironomus plumosus. Appl Environ Microbiol 59:1236–1241
Stief P, Neumann D (1998) Nitrite formation in sediment cores from nitrate-enriched running waters. Archiv für Hydrobiologie 142:153–169
Stief P, Schramm A, Altmann D, De Beer D (2003) Temporal variation of nitrification rates in experimental freshwater sediments enriched with ammonia or nitrite. FEMS Microbiol Ecol 46:63–71
Svensson JM, Leonardson L (1996) Effects of bioturbation by tube-dwelling chironomid larvae on oxygen uptake and denitrification in eutrophic lake sediments. Freshw Biol 35:289–300
Walshe BM (1947) Feeding mechanisms of Chironomus larvae. Nature 160:474
Weber RE, Braunitzer G, Kleinschmidt T (1985) Functional multiplicity and structural correlations in the hemoglobin system of larvae of Chironomus thummi thummi (Insecta, Diptera)—Hb components CTT I, CTT IIβ, CTT III, CTT IV, CTT VI, CTT VIIB, CTT IX and CTT X. Comp Biochem Physiol B 80:747–753
Williams CM, Veivers PC, Slaytor M, Cleland SV (1994) Atmospheric carbon dioxide and acetogenesis in the termite Nasutitermes walkeri (Hill). Comp Biochem Physiol A 107:113–118
Yeager PE, Foreman CL, Sinsabaugh RL (2001) Microbial community structure and function in response to larval chironomid feeding pressure in a microcosm experiment. Hydrobiologia 448:71–81
Zimmer M (1999) The fate and effects of ingested hydrolyzable tannins in Porcellio scaber. J Chem Ecol 25:611–628
Zimmer M, Brune A (2005) Physiological properties of the gut lumen of terrestrial isopods (Isopoda: Oniscidea): adaptive to digesting lignocellulose? J Comp Physiol B 175:275–283