Termitter dyrker svampe og spiser lort for at opretholde vild symbiose

En af naturens mest bemærkelsesværdige samarbejder finder man mellem termitter og en helt speciel svamp, der går under navnet Termitomyces.

I millioner af år har termitter dyrket svampen i små køkkenhaver i deres termitbo. Her passer og plejer de svampen og gøder den med deres egen afføring. Termitterne skaber også specialdesignede rum til at dyrke svampene i, hvor både temperatur og luftgennemstrømning skaber ideelle betingelser for svampenes vækst.

Det ses kun yderst sjældent i naturen, at dyr dyrker deres egen mad, og termitternes dedikering til gartnerhvervet er da også helt unik.

Til gengæld hjælper svampene med at gøre termitternes mad lettere fordøjelig, hvilket gør termitter i stand til at udnytte næsten 100 procent af den mad, de spiser. Den form for effektiv fordøjelse er også en sjældenhed i naturen.

Samspillet er ekstremt effektivt

Hverken termit eller svamp kan leve uden den anden, og samarbejdet mellem dem har da også været så stor en evolutionær succes, at svampedyrkning praktiseres af mere end 330 termitarter i dag.

Nu har danske forskere brugt genteknologi til at kortlægge, hvordan hele samspillet mellem svampe, termitter og den tredje spiller i symbiosen - termitternes tarmbakterier - foregår.

»Efter man fandt ud af, at svampene nedbrød termitternes plantebaserede mad for dem, har det store spørgsmål været, hvilket rolle termitternes tarmbakterier spiller. Det har vi nu fundet ud af, og det viser sig, at samspillet mellem termitterne, svampene og tarmbakterierne er så effektivt, at de næsten ikke får noget affaldsprodukt ud af den mad, de spiser,« siger lektor Michael Thomas-Poulsen fra Biologisk Institut ved Københavns Universitet.

Det nye forskningsresultat er netop offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift PNAS.

Kollega er begejstret

Andreas Schramm er professor ved Sektion for Mikrobiologi og Center for Geomikrobiologi på Aarhus Universitet og forsker selv i symbioser.

Han har læst det nye studie og er meget begejstret.

»Det er et meget godt studie, der på smukkeste vis viser, hvordan samspillet fungerer mellem tre forskellige organismegrupper. Det er før vist i mere simple systemer, men her har forskerne formået at vise samspillet i et meget komplekst system. Det er meget interessant, da det giver os en ny indsigt i, hvordan symbiotiske samspil fungerer. Studiet viser meget tydeligt, hvordan de forskellige organismer komplimenterer hinanden,« siger Andreas Schramm.

Sådan lever termitter

For at forstå det nye forskningsresultat er det vigtigt at vide, hvordan en svampedyrkende termit spiser.

De svampedyrkende termitter kan nemlig ikke selv fordøje den mad, de henter ind fra omgivelserne.

Det skyldes, at planter i store træk består af forskellige komponenter, som kan være meget svære at nedbryde. Det drejer sig blandt andet om sukkerstoffet cellulose, som planters cellevægge er opbygget af.

For 30 millioner år siden opstod der derfor et samarbejde mellem nogle termitter og svampen Termitomyces.

Termitterne så deres snit til at udnytte svampe

Svampen levede for mere end 30 millioner år siden på døde planter og træer, og derfor havde den udviklet forskellige enzymer, der er designet til netop at nedbryde cellulose.

Det så termitterne som en fordel og begyndte at dyrke svampene i deres termitbo, så svampene kunne nedbryde de genstridige plantevægge for dem. Med tiden blev termitterne helt afhængige af at have denne svamp til at nedbryde plantematerialet for sig.

I dag betyder det, at termitterne blot gumler planter og noget svamp i sig, og efter maden har passeret tarmen, spreder termitterne afføringen ud i deres køkkenhave, hvor svampene begynder at vokse og sende cellulosenedbrydende enzymer ud i det gennemtyggede plantemateriale.

»På den måde får termitterne svampene til at nedbryde cellulosen og lignende genstridige plantedele for sig,« forklarer Michael Thomas-Poulsen.

Tarmbakterier tager sig af resten

Termitterne er dog ikke blevet mere mætte af, at svampe nedbryder deres mad for dem i en køkkenhave.

Derfor er termitterne nødsaget til at spise deres 'mad' - det vil sige afføring - én gang til, og her kommer det nye forskningsresultat ind i billedet.

I forskningen har forskerne gensekvenseret en svampedyrkende termit, svampen Termitomyces og bakterierne i termitternes tarm. Gensekvenserne har forskerne brugt til at finde ud af, hvilke enzymer organismerne hver i sær er i stand til at producere.

Her er, hvad forskerne fandt ud af:

Når termitterne spiser kombinationen af svamp og nedbrudt plantemateriale for anden gang, er de mest genstridige komponenter i planterne blevet nedbrudt af svampens enzymer. Tilbage er kun mere simple sukkerstoffer, og dem tager enzymer i den specialiserede tarmmikrobiota sig af.

»Vores resultater viser, at når termitterne spiser deres mad igen, er alle de komplicerede nedbrydningsprocesser overstået af svampenes enzymer. Termitternes tarmbakterier kan dermed tage over. De producerer andre enzymer, der effektivt nedbryder og omdanner de sidste rester af plantematerialet til meget simple sukkerstoffer, som termitterne kan optage direkte over tarmvæggen. Dette er den hidtil ukendte funktion af tarmbakterierne,« siger Michael Thomas-Poulsen.

Michael Thomas-Poulsen fortæller i den sammenhæng, at symbiosen mellem svampe, termitter og tarmbakterier er så ekstremt effektiv, at de tre arter tilsammen står for nedbrydningen af op til 90 procent af alt plantemateriale i miljøer nogle steder i Centralafrika.

Dronninger spiser kun svampe

Det nye studie viser også, at det ikke er alle termitter i termitboet, der skal slås med at omdanne planterester til spiselige sukkerstoffer. Dronningen er undtaget den svært fordøjelige mad.

Det fandt forskerne ud af ved at gensekvensere hele blandingen af tarmbakterier i termitdronningens tarm.

Her kunne de se, at hun stort set ikke besad tarmbakterier, som producerede de enzymer, der skulle til for lave den allersidste nedbrydning af plantemateriale.

»Dermed kan vi konkludere, at dronningen formentlig kun bliver fodret med svampemateriel, der i sig selv er meget let af fordøje,« forklarer Michael Thomas-Poulsen.

Andreas Schramm fra Aarhus Unviersitet synes, at dette fund er overordentligt interessant, og han vil på et senere tidspunkt gerne have en snak med Michael Thomas-Poulsen om fundet.

»Det er utroligt interessant, at dronningen lever af så speciel en diæt, at hun praktisk talt kan klare sig med en monokultur i tarmen. Det er meget usædvanligt, og det vil være meget spændende at undersøge videre, for hvordan formår en enkelt bakterieart at levere, alt hvad dronnignen behøver? Det må være en meget speciel form for føde,« siger Andreas Schramm.

Mere effektive end andre termitter

Det nye forskningsresultat sætter en tyk streg under, at symbiosen mellem termitter og Termitomyces er en evolutionær superstjerne.

I 30 millioner år har termitterne og svampene været afhængige af hinanden, men de har begge to kunnet drage stor fordel af samarbejdet.

Til sammenligning med andre termitter, der ikke dyrker svampe, er det da også klart, at de svampedyrkende termitter kan nogle ting, som de andre ikke kan.

»Alt andet lige skal de svampedyrkende termitter bruge meget færre ressourcer til at forsyne deres koloni end de termitter, der ikke dyrker svampe. Da termitternes egne tarmbakterier heller ikke skal stå for den grove nedbrydning af plantemateriale, giver det også plads til mange flere specialiserede tarmbakterier, der kan stå for en meget effektiv omdannelse af de sidste planterester til noget anvendeligt for termitten,« siger Michael Thomas-Poulsen.