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Biorefinería natural: reciclaje de madera en el intestino del escarabajo

Escarabajos azucareros se pueden alimentar de madera podrida y reciclar madera

El intestino de los escarabajos azucareros se divide en secciones en las que diferentes poblaciones de microbios toman diferentes pasos en la degradación de la madera, esto corresponde a un modelo para los procesos biotecnológicos. Con la ayuda de sus microbios intestinales, los escarabajos azucareros pueden alimentarse de madera podrida.

Los insectos que comen madera deben su dieta a una comunidad con microbios especiales en el intestino. Los escarabajos pueden hacer reciclaje de madera. Los estudios realizados en éste tema señalan que los escarabajos del azúcar descomponen gradualmente la madera podrida en secciones separadas del intestino, cada una de las cuales contiene microbios especializados diferentes. Todo el intestino del escarabajo es comparable a una biorrefinería en la que los microbios en las cámaras de reacción conectadas en serie descomponen los componentes de la madera,  celulosa, hemicelulosas y lignina en componentes de azúcar e incluso moléculas más pequeñas. Los animales usan algunos de estos productos directamente como energía y materiales de construcción para desarrollar sus propias sustancias.

El escarabajos de corteza posee intestinos especiales

El resto se excreta y se usa para alimentar a las larvas. Las larvas de escarabajos dependen de este suministro, porque el microbioma intestinal aún no se ha desarrollado en ellas, escriben los investigadores en “Nature Microbiology”. La aclaración precisa de la degradación de la madera en el intestino podría ayudar a optimizar las plantas biotecnológicas para la producción de energía y materias primas químicas a partir de la madera.

“Descubrimos que el intestino del escarabajo estaba formado por secciones especiales con diferentes poblaciones microbianas que trabajaban en estrecha colaboración, casi como la línea de producción de una fábrica”, dijo Eoin Brodie, del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en Berkeley, quien encabeza el equipo de investigación. La innovación clave en la evolución de este proceso fue combinar reacciones bioquímicas que en realidad no son compatibles porque tienen lugar en parte en un ambiente rico en oxígeno y por otro lado en un ambiente pobre en oxígeno. Un aumento de la concentración de oxígeno en el intestino medio es un requisito previo para la división de la celulosa y la oxidación de la lignina. La pared intestinal más gruesa de la sección intestinal posterior reduce el contenido de oxígeno y permite la producción de hidrógeno a través de la fermentación. En el curso de la evolución, la arquitectura del intestino ha cambiado de tal manera que se han asentado especies microbianas útiles adaptadas a las condiciones de vida del lugar respectivo.

Para cada uno de los cuatro segmentos intestinales del escarabajo azucarero americano Odontotaenius disjunctus, los investigadores determinaron el espectro de especies y el rendimiento metabólico de la bacteria. Utilizando varios métodos químicos, analizaron todos los productos de degradación de la madera que se excretaron en las heces. En la parte posterior del intestino, los microbios convirtieron los azúcares producidos como intermedios en ácido acético, hidrógeno, etanol y metano. En general, los productos energéticamente eficientes se producen de manera muy eficiente a partir de biomasa vegetal. Sorprendentemente, el contenido de nitrógeno de los excrementos de escarabajos fue significativamente mayor que el de la madera consumida. Aparentemente, el intestino también alberga microbios en la región con poco oxígeno, que pueden convertir el nitrógeno atmosférico en compuestos orgánicos como los aminoácidos.

las heces de los escarabajos contienen nutrientes que son absorbidos por las larvas al igual que los microbios intestinales

Las heces de los escarabajos adultos todavía contienen nutrientes que son absorbidos por las larvas. Inusual para los escarabajos, estos insectos viven en pequeños grupos dentro de troncos podridos y cuidan a sus crías. Con las heces, las larvas también absorben los microbios intestinales adecuados, que colonizan permanentemente las diversas secciones del intestino una vez que se ha completado el desarrollo intestinal. Al igual que las termitas que comen madera, los escarabajos del azúcar también juegan un papel importante en el ecosistema al participar en la descomposición de la madera muerta y, por lo tanto, en el ciclo natural del material. Un escarabajo azucarero de casi tres centímetros de largo come más de cuatro veces su peso corporal por día en madera podrida.