I ruminanti usano nella loro dieta composti che altre specie, come gli umani, non possono assimilare. Questo grazie ad un'ampia diversità di microrganismi che sono responsabili della digestione anaerobica (senza ossigeno) di questi nutrienti nel rumine, attraverso un processo chiamato fermentazione.
Ciò è necessario per la sopravvivenza di molte specie di importanza agricola, come le mucche. Qui vi diciamo cos'è il rumine e alcuni dei microrganismi coinvolti in questo affascinante processo.
Rumine
I ruminanti (bovini, caprini, cervidi e ovini) hanno un apparato digerente alquanto complesso, costituito da quattro cavità:
- Il reticolo.
- Il rumine.
- L'omaso.
- L'abomaso.
All'interno del rumine, migliaia di esseri microscopici producono enzimi che aiutano a digerire le fibre vegetali e il materiale cellulare. Pertanto, diciamo che il rumine è un ecosistema microbico, dove i batteri costituiscono il 60% della popolazione di microrganismi.
Processo ruminale
Dobbiamo sapere che il rumine comunica con la bocca attraverso l'esofago, e questi sono i passaggi che il cibo segue fino a quando non viene digerito:
- Primo, gli animali mangiano cibi vegetali. Questi contengono cellulosa, amido, pectine e altri elementi che i ruminanti non possono digerire direttamente perché non hanno gli enzimi necessari.
- Il cibo poi passa dalla bocca al rumine, dove i microrganismi convertono queste molecole complesse in molecole più semplici (acidi grassi a basso peso molecolare), anidride carbonica e metano.
- Una volta che queste molecole sono state scomposte in altre che l'intestino dell'animale può assorbire, il cibo ritorna in bocca, dove viene re-ingerito e re-ingerito.
- Infine, il cibo semidigerito passa al reticolo, quindi all'omaso e all'abomaso, che è quello che funge da stomaco principale, perché è dove avviene il processo digestivo.
Fermentazione
Queste comunità microbiche producono enzimi con funzioni essenziali per abbattere i carboidrati (da cellulosa, amido e zuccheri), nonché composti azotati e lipidi. Questa decomposizione avviene attraverso un processo chiamato fermentazione.
Il processo di fermentazione è essenziale per ottenere energia (sotto forma di ATP), per la crescita dei microrganismi stessi e per produrre molecole essenziali per l'animale, come il glucosio. Sono anche molto importanti nei composti contenenti azoto., essenziale per la sintesi proteica.
In questo modo l'apparato digerente di questi animali ottiene una fonte di energia senza dover ricorrere a elementi esterni come la vitamina B o gli amminoacidi essenziali, perché i microrganismi stessi li producono all'interno.
Relazione simbiotica in ambiente anaerobico
Dobbiamo sottolineare che, come si vede, il rumine è un esempio di simbiosi mutualistica: I ruminanti forniscono ai microbi un ambiente adatto alla loro crescita e attività. In cambio, i microrganismi offrono all'ospite nutrienti dal cibo che altrimenti non potrebbero essere digeriti.
In questo modo i ruminanti seguono una dieta ricca di fibre e povera di proteine.
Questo ecosistema ruminale è costituito da un'ampia varietà di microrganismi, che stabiliscono una relazione simbiotica in un ambiente dove non c'è ossigeno.
Questo microbiota è composto da batteri, archaea, protozoi e funghi. I batteri sono i più sensibili alle proprietà fisico-chimiche del rumine. Quelli che dominano questa comunità appartengono a due margini:
- Firmicuti: soprattutto quelli del genere Butyvibrio, Lachnospira, Succiniclasticum sì Ruminococco.
- batteriodeti: il genere predominante è Prevotella.
Gli archei costituiscono circa l'1% della massa microbica, e come per gli eucarioti troviamo i protozoi, che occupano un terzo del totale, e alcuni funghi.
batteri
La cellulosa, il componente principale della parete cellulare delle piante, deve essere digerita correttamente e per loro il batteri cellulolitici sono essenziali.
In questo caso un pH inferiore a 5,5 pregiudica il processo di digestione delle fibre e una temperatura di 39 gradi compromette la capacità di adesione batterica.
Importanti sono anche batteri amilolitici a causa della presenza di amido nella dieta dei bovini e delle mucche che mangiano cereali.
Il batteri lattici Metabolizzano l'acido lattico e ne controllano l'accumulo, aiutando così a mantenere il pH nell'intervallo corretto.
Infine, il batteri che degradano la pectina svolgono anche un ruolo essenziale, poiché la pectina rappresenta il 10-20% dei carboidrati totali nella dieta di questi animali.
Archi metanogeni
L'attività dei microrganismi è la principale fonte di gas serra in agricoltura. Il metano è generato da archaea metanogeni e si ottiene come prodotto finale della fermentazione. È considerato uno spreco di energia perché rappresenta il 6 - 10% dell'energia totale.
Quando questo gas viene espulso nell'ambiente, contribuisce all'effetto serra. Durante la metanogenesi, i livelli di CO2 e idrogeno diminuiscono nel mezzo, che è necessario. L'80% del metano è generato dalla fermentazione della fibra (cellulosa) mentre il restante 20% è generato durante la decomposizione del letame.
Protozoi
Questi microbi sono coinvolti nella riduzione del rischio di acidosi dopo aver mangiato cibi che hanno un'alta concentrazione di zuccheri facilmente digeribili.
Il 90% dei protozoi appartiene al genere entodiminiomorphida, la cui funzione principale è l'idrolisi e la fermentazione della cellulosa. Diplopastron affine ha attività amilolitica, con la quale produce maltosio e glucosio.
Funghi
esistere funghi cellulolitici che producono alcuni enzimi in grado di idrolizzare la cellulosa e lo xilano. L'attività fungina favorisce la digestione della parete cellulare dei vegetali.
Sono importanti soprattutto quando i ruminanti ingeriscono substrati lignificati. Ad esempio, Neocallimastix frontalis Solubilizza la lignina nelle pareti cellulari in modo che i batteri possano accedere facilmente alla cellulosa.
Importanza dei microbi
Come abbiamo visto, i microrganismi sono essenziali nel metabolismo degradativo del cibo consumato dai ruminanti. Quindi questo è un altro esempio dell'importanza di questi esseri unicellulari nel mondo animale.
Allo stesso modo e per finire, va chiarito che è essenziale che questo microbiota rimanga sano per evitare problemi fisiologici nell'animale, come l'acidosi.