Vommen, et mikrobielt økosystem i en ku

14 november, 2020
Vommen er ansvarlig for å fordøye komplekse planteforbindelser til enklere, slik at dyret kan assimilere dem. Derfor er det en symbiose mellom det mikrobielle økosystemet og drøvtyggeren.

Drøvtyggere spiser forbindelser som andre arter, for eksempel mennesker, ikke kan fordøye. Dette er takket være et bredt mangfold av mikroorganismer som er ansvarlige for å fordøye disse næringsstoffene anaerobt (uten oksygen) i vommen, gjennom en prosess som kalles fermentering.

Denne prosessen er nødvendig for overlevelsen til mange arter av landbruksmessig betydning, for eksempel kyr. Dagens artikkel vil diskutere hva vommen er og noen av mikroorganismer som er involvert i denne fascinerende prosessen.

Vommen

Drøvtyggere (storfe, geit, hjort og sau) har et noe komplekst fordøyelsessystem, dannet av fire mageavsnitt:

  • Vommen
  • Nettmagen
  • Bladmagen
  • Løpen

Inne i vommen produserer tusenvis av mikroskopiske vesener enzymer som hjelper til med å fordøye plantefibre og cellulose. Derfor sier vi at vommen er et mikrobielt økosystem der bakterier utgjør 60% av mikroorganismepopulasjonen.

Vommens prosesser

Vommen kommuniserer med munnen gjennom spiserøret; Dette er trinnene som maten følger til fordøyelsen:

  • Først inntar dyr planter og disse inneholder cellulose, stivelse, pektiner og andre elementer som drøvtyggere ikke kan fordøye direkte, da de ikke har de nødvendige enzymene.
  • Deretter passerer maten fra munnen til vommen, hvor mikroorganismer omdanner disse komplekse molekylene til enklere molekyler som fettsyrer med lav molekylvekt, karbondioksid og metan.
  • Når disse molekylene er fullstendig nedbrutt til andre molekyler som tarmen kan absorbere, kommer maten tilbake til munnen, hvor den blir tygd og inntatt på nytt.
  • Til slutt går den halvfordøyde maten til nettmagen og deretter til bladmagen og løpen (hovedmagen) fordi det er der fordøyelsesprosessen finner sted.

Fermentering

Disse mikrobielle samfunnene produserer enzymer med viktige funksjoner for å bryte ned karbohydrater (fra cellulose, stivelse og sukker), samt nitrogenforbindelser og lipider. Denne nedbrytningen skjer gjennom en fermenteringsprosess.

Denne prosessen er viktig for å skaffe energi (i form av adenosintrifosfat), for veksten av mikroorganismer selv, og for å produsere viktige molekyler for dyret, for eksempel glukose. De er også viktige i forbindelser som inneholder nitrogen, noe som er viktig for proteinsyntese.

Mikroorganismene selv produserer dem på innsiden, og dyrets fordøyelsessystem får en energikilde uten å måtte ty til ytre elementer som vitamin B eller essensielle aminosyrer.

Et nærbilde av bakterier

Vommen – et symbiotisk forhold i et anaerobt miljø

Vi må understreke at vommen er, som du kan se, et eksempel på gjensidig symbiose: Drøvtyggere gir mikrober et passende miljø for deres vekst og aktivitet. Til gjengjeld gir mikroorganismene næringsstoffer til verten, som de ikke kunne fordøye ellers.

På denne måten har drøvtyggere et kosthold rikt på fiber og lite protein.

Dette drøvøkosystemet består av et bredt utvalg av mikroorganismer. Disse etablerer et symbiotisk forhold i et miljø der det ikke finnes oksygen.

Denne mikrobiotaen inneholder bakterier, urbakterier, protozoer og sopp. Bakterier er de mest utsatt for vommenes fysisk-kjemiske egenskaper. De som dominerer dette samfunnet tilhører to forskjellige filosofier:

  • Firmicutes – spesielt de av slekten Butyvibrio, Lachnospira, Succiniclasticum og Ruminococcus
  • BacteroidetesPrevotella er den dominerende slekten her

Urbakterier utgjør omtrent 1% av den mikrobielle massen, og som for eukaryoter finnes det protozoer. Disse utgjør en tredjedel av totalen, og det finnes også noen sopper.

Bakterier

Kyr må fordøye cellulose på riktig måte, hovedkomponenten i celleveggene i planteceller. Dermed er cellulolytiske bakterier essensielle.

I dette tilfellet påvirker en pH-verdi lavere enn 5,5 prosessen med fiberfordøyelse, og en temperatur på 39 grader svekker kapasiteten til bakteriell adhesjon.

Amylolytiske bakterier er også viktige på grunn av tilstedeværelsen av stivelse i kostholdet til storfe og kornfôrede kyr.

Melkesyrebakterier metaboliserer melkesyre og kontrollerer opphopningen. Dermed hjelper de med å holde pH-nivået i riktig område.

Til slutt spiller også pektin-nedbrytende bakterier en viktig rolle, siden pektin representerer 10-20% av det totale karbohydratet i kostholdet til disse dyrene.

Metanogene arker

Aktiviteten til mikroorganismer er den viktigste kilden til klimagasser i jordbruket. Metan genereres av metanogene arker og oppnås som et sluttprodukt av fermenteringen. Noen anser det som et energitap fordi det representerer 6-10% av den totale energien.

Denne gassen bidrar til drivhuseffekten når den smelter sammen i miljøet. Under metanogenese synker nivåene av CO2 og hydrogen i mediet; dette er bra fordi det er nødvendig. 80% av metanet skyldes fermenteringen av fiberen (cellulose) mens de resterende 20% skyldes nedbrytningen av gjødsel.

Protozoer

Disse mikrobene reduserer risikoen for acidose etter inntak av mat som har en høy konsentrasjon av lett fordøyelig sukker.

Hovedfunksjonen til 90% av ciliatprotozoa er å hydrolysere og fermentere cellulose. Flimmerdyret Diplopastron affine har amylolytisk aktivitet, som den produserer maltose og glukose med.

Sopp

Noen cellulolytiske sopptyper produserer visse enzymer som er i stand til å hydrolysere cellulose og xylaner. Soppaktivitet fremmer fordøyelsen av celleveggen til grønnsaker.

Disse er fremfor alt viktige når drøvtyggere får i seg lignifiserte substrater. For eksempel løser Neocallimastix frontalis fôret i celleveggene slik at bakterier kan få tilgang til cellulosen uten problemer.

En gruppe kyr

Viktigheten av mikrober

Som du kan se, er mikroorganismer avgjørende for den nedbrytende metaboliseringen av maten som inntas av drøvtyggere. Så dette er et eksempel på viktigheten av disse encellede vesenene i dyreverdenen.

Til slutt må vi tydeliggjøre at denne mikrobiotaen må forbli i god form for å unngå fysiologiske problemer hos dyret, for eksempel acidose.

  • Krause, D.O., Nagaraja, T.G., Wright, A.D. and Callaway T.R. Board-invited review: Rumen microbiology: leading the way in microbial ecology. J. Anim. Sci. (2013) 91 (1): 331-341.
  • Bickhart, D.M., and Weimer, P.J. Symposium revier: Host-rumen microbe interactions may be leveraged to improve the productivity of dairy cows. J. Dairy Sci. (2018) 101(8): 7680-7689.
  • Baldwin, R.L. and Connor, E.E. Rumen function and development. Vet. Clin. North Am. Food Anim. Pract. (2017) 33(3): 427-439.
  • McCann, J.C., Elolimy, A.A. and Loor, J.J. Rumen microbiome, probiotics and fermentation additives. Vet. Clin. North Am. Food Anim. Pract. (2017) 33(3): 539-553.
  • Castillo, A.R., Burrola, M.E., Domínguez, J. and Chávez, A. Rumen microorganisms and fermentation. Arch. Med. Vet. (2014) 46: 349-361.