İnek İçinde Mikrobiyal Bir Ekosistem olan İşkembe

İşkembe, rumen adıyla da bilinir ve karmaşık bitki bileşiklerini daha basit olanlara dönüştürmekten ve sindirmekten sorumludur, böylece söz konusu hayvan bu bileşikleri özümseyebilir. Bu şekilde mikrobiyal ekosistem ile geviş getiren hayvan arasında bir simbiyoz (ortak yaşam) meydana gelir.

Yazan ve doğrulayan biyolog María Muñoz Navarro.

Son Güncelleme: 21 Aralık, 2022

Ruminantlar veya geviş getirenler, insanların ve diğer bazı türlerin sindiremediği bileşiklerle beslenir. Bu sindirime neden olan, fermantasyon adı verilen bir işlemle işkembedeki bu besinleri anaerobik olarak sindirmekten (oksijensiz) sorumlu olan çok çeşitli mikroorganizmalardır. 

Bu süreç, inekler gibi tarımsal öneme sahip birçok türün hayatta kalması için gereklidir. Bu yazıda işkembenin ne olduğundan ve bu büyüleyici süreçte yer alan bazı mikroorganizmalardan bahsedeceğiz.

İşkembe

Ruminantlar (örneğin sığır, keçi, geyik ve koyun gibi), dört yerden meydana gelen biraz karmaşık bir sindirim sistemine sahiptir:

• Retikulum
• İşkembe
• Omasum (geviş getiren hayvanların işkembesinin üçüncü bölümü)
• Abomasum (geviş getiren hayvanların işkembesinin dördüncü bölümü)

İşkembenin içinde, binlerce mikroskobik canlı bulunur, bu canlılar bitki liflerini ve selülozu sindirmeye yardımcı olan enzimler üretir. Bu nedenle işkembe, bakterilerin mikroorganizma popülasyonunun % 60’ını oluşturduğu mikrobiyal bir ekosistemdir.

İşkembe ve geviş getirme süreci

İşkembe, yemek borusu yoluyla ağızla iletişim kurar; gıdanın vücuda alındıktan sonra sindirimine kadar izlediği adımlar şunlardır:

• İlk olarak söz konusu geviş getiren hayvanlar selüloz, nişasta, pektin içeren bitkileri yutarlar. Bu bitkiler, gerekli enzimlere sahip olmadıkları için geviş getirenlerin doğrudan sindiremeyecekleri bileşenleri içerir.
• Daha sonra yiyecekler ağızdan işkembeye geçer. İşkembede bulunan mikroorganizmalar bu karmaşık molekülleri yağ asidi, karbondioksit ve metan gibi daha basit moleküllere dönüştürürler. 
• Bu moleküller tamamen başka bileşenlere parçalandığında, hayvanın bağırsağı ortaya çıkan besinleri emebilir. Bu nedenle parçalanan besinler yeniden çiğnenmek ve yutulmak için ağza geri döner.
• Son olarak, yarı sindirilmiş yiyecekler ilk olarak retikuluma, ardından omasum ve abomasuma (ana mide) geçer. Çünkü asıl sindirim süreci burada gerçekleşir.

Fermentasyon

İşkembede bulunan mikrobiyal canlılar, karbonhidratları (selüloz, nişasta ve şeker türleri), nitrojen bileşiklerini ve lipitleri parçalamak için temel işlevlere sahip olan enzimleri üretir. Bu ayrıştırma işlemi, fermantasyon süreciyle gerçekleşir.

Bu işlem, mikroorganizmaların büyümesi ve hayvan için gerekli olan glikoz gibi temel molekülleri üretmesi açısından gereklidir. Bu şekilde aynı zamanda hem hayvan hem de bakteriler enerji (ATP) elde etmiş olur.

Mikroorganizmalar bu enerjiyi aslında kendileri için üretirler ve hayvanın sindirim sistemi, B vitamini veya temel amino asitler gibi enerji kaynaklarına ulaşmış olur.

İşkembe: Anaerobik ortamda simbiyotik bir ilişki

Gördüğünüz gibi, işkembenin karşılıklı ortak yaşamın bir örneği olduğunu vurgulamalıyız: Geviş getiren hayvanlar, mikrobik canlılara büyümeleri ve yaşamsal aktiviteleri için uygun bir ortam sağlar. Buna karşılık mikroorganizmalar, konakçıya kendi başına sindiremeyecekleri besinleri sağlar.

Bu ruminal ekosistem, çok çeşitli mikroorganizmalardan meydana gelir. Bu canlılar, oksijenin olmadığı bir ortamda simbiyotik bir ilişki kurar.

Bu mikrobiyotada bakteriler, arkeler, protozoa (tek hücreliler) ve mantarlar yaşar. Bakteriler, işkembenin fiziksel-kimyasal özelliklerine en çok duyarlı olan canlılardır. Bu mikrobiyotaya hakim olan canlılar iki farklı felsefeye sahiptir:

• Firmicutes – özellikle Butyvibrio, Lachnospira, Succiniclasticum ve Ruminococcus cinsindekiler
• Bacteroidetes – Prevotella bu gruptaki baskın cinstir

Arkeler, mikrobiyal kütlenin yaklaşık % 1’ini oluşturur. Tek hücreli canlılar ise toplam kütlenin üçte birini oluşturur. Daha önce bahsettiğimiz gibi, bazı mantarlar da bu florada yaşamaktadır.

Bakteriler

İnekler, bitki hücre duvarının ana bileşeni olan selülozu uygun şekilde sindirmelidir. Bu nedenle, selülolitik bakteriler bu sindirme işlemi için gereklidir.

5.5’ten daha düşük bir pH seviyesi, liflerin sindirim sürecini etkiler, 39 derecelik bir sıcaklık ise bakterilerin tutunmasını zorlaştırır. Tahılla beslenen inekler ve sığırlar nişastayı sindiremedikleri için amilolitik bakterilere ihtiyaç duyar.

Laktik asit bakterileri, laktik asidi metabolize eder ve bu maddenin vücutta birikmesini kontrol eder. Böylece pH seviyelerini doğru aralıkta tutmaya yardımcı olurlar.

Pektin, bu hayvanların besinlerini oluşturan toplam karbonhidratların % 10 ile 20’sini temsil ettiğinden, pektin parçalayan bakteriler de sindirim sürecinde önemli bir rol oynar.

Metanojenik arkeler

Mikroorganizmaların aktivitesi, tarımdaki sera gazının ana kaynağıdır. Metan, metanojenik arkeler tarafından üretilir ve fermantasyonun son ürünü olarak elde edilir. Bazı insanlar bunu bir enerji kaybı olarak görüyor, çünkü ortaya çıkan toplam enerjinin % 6 ile 10’unu temsil ediyor.

Bu gaz çevreye karıştığı zaman sera etkisine katkıda bulunur. Metanojenik aktivite sırasında ortamdaki CO2 (kardondioksit) ve hidrojen seviyeleri azalır; bu olumlu bir durumdur çünkü gereklidir. Metanın % 80’i liflerin (selüloz) fermantasyonundan, kalan % 20’si ise dışkının ayrışmasından kaynaklanmaktadır.

Tek hücreliler

Bu canlılar, kolay sindirilebilen şekerlerin yüksek konsantrasyonuna sahip gıdaların tüketilmesinden sonra ortaya çıkan asidoz riskini azaltır.

Siliyer protozoa popülasyonunun % 90’ının ana işlevi selülozu hidrolize etmek ve fermente etmektir. Diplopastron isimli tek hücreli canlı, afin, maltoz ve glikoz üretebildiği için amilolitik aktiviteye sahiptir.

Mantarlar

Bazı selülolitik mantarlar, selüloz ve ksilanları hidrolize edebilen belirli enzimleri üretir. Mantarların bu aktivitesi, bitki hücre duvarının sindirimini destekler.

Geviş getiren hayvanlar odunsu bitkileri yediklerinde bu sindirim şekli oldukça işe yarar. Örneğin Neocallimastix frontalis, bakterilerin selüloza sorunsuz bir şekilde erişebilmesi için bitkinin hücre duvarlarındaki astarı çözer.

Mikroorganizmaların önemi

Gördüğünüz gibi, bu mikroorganizmalar, geviş getiren hayvanların yedikleri gıdaları metabolizmalarında sindirebilmeleri için hayati önem taşır. Bu birlikte çalışma modeli, tek hücreli canlıların hayvanların dünyasındaki önemine örnek olarak verilebilir. 

Son olarak, hayvanda sindirim sonucu ortaya çıkan asidoz gibi fizyolojik problemlerden kaçınmak için bu mikrobiyotanın her zaman iyi durumda kalması gerektiğini size hatırlatmak istiyoruz.