ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับปลวก

"ปลวกเป็นเครื่องจักรที่น่าทึ่ง" ดร. เรย์มอนด์ แอล. ออร์บาค ผู้ช่วยรัฐมนตรีกระทรวงวิทยาศาสตร์ กระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ซึ่งเป็นเจ้าของโครงการสนับสนุน DOE JGI กล่าว "ปลวกสามารถย่อยไม้ในปริมาณที่น่ากลัวได้ในเวลาอันสั้น เพราะใครก็ตามที่มีปลวกในบ้านจะรับรู้ถึงความเจ็บปวด แทนที่จะใช้สารเคมีรุนแรงหรือความร้อนสูงเกินไป ปลวกใช้จุลินทรีย์ชนิดพิเศษจำนวนมากในลำไส้หลังของพวกมันเพื่อทำลายผนังเซลล์ของวัสดุจากพืชและกระตุ้นกระบวนการย่อยอาหาร การหาลำดับดีเอ็นเอในระดับอุตสาหกรรมโดย DOE JGI เป็นกุญแจสำคัญในการระบุโครงสร้างทางพันธุกรรมที่ประกอบด้วยเครื่องมือที่ปลวกใช้ งานของเราในตอนนี้คือการค้นพบ เส้นทางเมแทบอลิซึมที่เกิดจากโครงสร้างเหล่านี้เพื่อค้นหาว่าธรรมชาติย่อยวัสดุจากพืชอย่างไร แม้ว่าปลวกจะเป็นหัวข้อของการศึกษาทางวิทยาศาสตร์ที่กระตือรือร้นมากว่าศตวรรษ แต่ลักษณะเฉพาะและบทบาทของจุลินทรีย์ในทางเดินอาหารของพวกมันยังคงเป็นปริศนา ด้วยผลงานใหม่นี้ การประสานกันทางชีวภาพของชุมชนจุลินทรีย์ที่ซับซ้อนและแบ่งส่วนเหล่านี้ซึ่งจำเป็นต่อการย่อยอาหารจากไม้กำลังเป็นที่ประจักษ์แล้ว เช่นเดียวกับวัว ปลวกมีท้องหลายชุด โดยแต่ละท้องมีชุมชนของจุลินทรีย์ที่แตกต่างกันภายใต้สภาวะที่กำหนดไว้อย่างแม่นยำ จุดบกพร่องภายในจุดบกพร่องเหล่านี้ถูกกำหนดให้มีขั้นตอนเฉพาะตามเส้นทางการเปลี่ยนพอลิเมอร์จากไม้เป็นน้ำตาลที่สามารถหมักเป็นเชื้อเพลิงเช่นเอธานอลได้ ขากรรไกรล่างของแมลงจะสับเนื้อไม้เป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย แต่งานจริงนั้นดำเนินการในส่วนที่มืดของส่วนท้อง ซึ่งน้ำย่อยของเอนไซม์ที่ปล่อยออกมาจากจุลินทรีย์จะโจมตีและแยกโครงสร้างเซลลูโลสและเฮมิเซลลูโลส ซึ่งร่วมกับลิกนินเป็นส่วนประกอบพื้นฐานของไม้ การจัดลำดับจีโนมและการวิเคราะห์จุลินทรีย์ในลำไส้ของ ตัวปลวก โดยสถาบันจีโนมร่วมของกระทรวงพลังงานสหรัฐ (DOE JGI), สถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนีย, Verenium Corporation (ชื่อเดิมคือ Diversa), บริษัทเชื้อเพลิงชีวภาพ, INBio, สถาบันความหลากหลายทางชีวภาพแห่งชาติคอสตาริกา และศูนย์วิจัย IBM Thomas J. Watson ได้รับการเน้นย้ำในวารสาร Nature ฉบับวันที่ 22 พฤศจิกายน แมลงตัวเล็ก ๆ ที่ยอมสละอาหารในท้องเพื่อก้าวข้ามพรมแดนวิทยาศาสตร์ถูกแยกออกจากป่าฝนในป่าดิบชื้นของคอสตาริกา ซึ่งเป็นแหล่งเพาะปลวกที่มีความหลากหลายทางชีวภาพทางภูมิศาสตร์ของโลก โดยผู้เขียนร่วม Jared Leadbetter จาก Cal Tech ผู้เขียนคนแรก Falk Warnecke จากโครงการระบบนิเวศจุลินทรีย์ของ DOE JGI และสมาชิกของ Verenium และ INBio ลัดเลาะไปตามป่า ทีมงานพบรังปลวกขนาดมหึมาเหมือนเนื้องอกที่เกาะอยู่บนต้นไม้ที่ดูธรรมดา ด้วยการตวัดมีดพร้า เนื้อหาของเครือข่ายอุโมงค์อันหนาแน่นนี้ซึ่งปลอมแปลงจากเศษไม้ถูกเปิดเผย พร้อมกับความบ้าคลั่งของปลวกระดับสูงจากสกุล Nasutitermes ซึ่งมีขนาดเท่ากับวันที่ประทับบนเพนนีเท่านั้น ก่อนหน้า "ทหาร" ที่มีหัวเป็นกรวย โครงการนี้มุ่งเน้นไปที่ "คนงาน" ที่ใหญ่กว่าซึ่งมีหัวเป็นกระเปาะและท้องพอง ในห้องปฏิบัติการของ INBio นักวิจัยซึ่งติดอาวุธด้วยคีมและเข็มขนาดเล็กพยายามสกัดสิ่งที่อยู่ในกระเป๋าหรือไส้หลังที่สามของคนงานอย่างระมัดระวัง ซึ่งเรียกว่า P3 ซึ่งเป็นรอยแยกที่ขยายออกในระบบท่อประปาที่ซับซ้อนของปลวก ตัวอย่างแต่ละชิ้นแทบมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า และระมัดระวังไม่ให้สารจากกระเพาะข้างเคียงปนเปื้อน เนื้อหาจากตัวอย่าง 165 ตัวอย่างได้รับการทำให้บริสุทธิ์ ทำให้ได้หยดที่มีค่าเพียงไม่กี่หยด ซึ่งเป็นหลุมที่มีจุลินทรีย์อยู่จริง ซึ่งถูกส่งไปบนน้ำแข็งไปยัง Verenium เพื่อสกัดและเตรียม DNA จากนั้นส่งไปยังสถานที่ผลิตจีโนมของ Walnut Creek (CA) ของ DOE JGI เพื่อจัดลำดับ จากตัวอย่าง ตัวอักษรประมาณ 71 ล้านตัวของรหัสพันธุกรรมที่แยกส่วนถูกสร้างอย่างละเอียดและประกอบขึ้นใหม่ด้วยคอมพิวเตอร์ เช่น การนำ Humpty Dumpty กลับมารวมกันอีกครั้ง เพื่อแยกแยะลักษณะเฉพาะของผู้เล่นจุลินทรีย์ในส่วนผสมและโปรไฟล์เมตาบอลิซึมของเอนไซม์ที่ผลิตขึ้น จากปริศนาของเหลวที่สร้างขึ้นใหม่นี้ ปรากฏตัวตนของไฟลาที่แตกต่างกันหลายสิบชนิด ซึ่งเป็นกลุ่มรูปแบบชีวิตจุลินทรีย์ที่กว้างขวาง