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sciencespies · 4 years

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Birds and bats have strange gut microbiomes—probably because they can fly

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Birds and bats have strange gut microbiomes—probably because they can fly

A Kenyan fruit bat, Epomophorus wahlbergi. Credit: Holly Lutz

At a time when kombucha is commonplace on cafe menus and “probiotic-fortified” has become the newest health buzzword, our guts have never been more relevant. With good reason, humans have begun paying more attention to the bacteria living in our guts—our microbiomes. The microbiome helps fight disease and aid digestion, playing a pivotal role in many creatures’ wellbeing, from canines to primates to rodents. But for the first time— largely in part due to museum collections—scientists were able to compare the guts of mammals, birds, reptiles, and amphibians alike. It turns out that not all species rely so heavily on their gut microbiomes. In fact, birds and bats have oddly similar microbiomes, and neither appear to rely on them much. “Why?” you may ask: to accommodate their ability to fly, scientists think.

“If you’re carrying a lot of bacteria in your gut, it can be pretty heavy and may take resources away from you,” says Holly Lutz, a research associate at Chicago’s Field Museum and postdoctoral researcher at the University of California San Diego. “So if you’re an animal that has really high energetic demands, say because you’re flying, you may not be able to afford to carry all those bacteria around, and you may not be able to afford to feed them or deal with them.”

“When we first started this project, I thought that it would make sense that we’d see similar associations between animals and their gut microbes when the animals shared a similar diet. Our pie-in-the-sky idea was that flight could impose a similar type of selection on which microbes animals host. What was shocking was that we didn’t find that birds and bats share a similar microbiome per se, but rather that both lack a specific relationship with microbes,” says Se Jin Song, the study’s co-first author from UC San Diego.

To figure out the relationship between gut microbiomes and these vastly different species, Lutz and her colleagues got down and dirty: analyzing the fecal samples of around 900 species of animals with a backbone—the first study of its kind to analyze both mammal and bird microbial diversity on a global-scale.

A phylosymbiosis tree diagram demonstrates the wide variety of gut microbiome composition in bats and birds (marked with black bars) compared to other mammalian species. Credit: UC San Diego Health Sciences and mBio

It was a large, collaborative effort, bringing together researchers, museum collections, and zoo directors from around the world. Like something you’d see in an Indiana Jones movie, Lutz ventured into the dark bowels of remote Ugandan and Kenyan caves with a flashlight in tow and scrambled up rocky walls to collect samples from African bats.

Once all the samples were gathered, scientists used high throughput genetic sequencing to process them. DNA was extracted from individual cells using specialized detergent and filtration methods, after which scientists could target a specific gene common to all bacteria in order to “barcode” bacterial communities present within each sample. By pooling samples from individual hosts—referred to as “libraries”—they were then able to sequence samples en masse and make the broad comparisons that formed the foundation of the study.

Scientists expected to see gut microbiomes line up according to the family trees of the animals in which they live. In general, animals that are closely related to each other have similar gut microbiomes, because they evolved together—a pattern referred to by scientists as phylosymbiosis.

That’s why they were surprised to see that bats’ gut microbiomes had little in common with their fellow mammals. Bats’ gut microbiomes were actually more similar to birds than any other group. The takeaway? That in birds and bats, there’s little relationship between how closely related species are and how similar their microbiomes are.

The link between birds and bats isn’t in their ancestry, but in their lifestyles. Birds and bats are vastly different and only distantly related, but they both independently evolved the ability to fly. Lutz has a hunch that birds’ and bats’ need to be light for flight changed their guts. Their intestinal tracts are much shorter than those of comparably-sized land mammals and carry far fewer bacteria—giving flying animals less stuff to haul around. There’s also the possibility that their guts aren’t providing the necessary food to bacteria to maintain the symbiotic (mutually beneficial) exchange that would make living there beneficial to bacteria.

In addition to having shorter guts and fewer bacteria, the bacteria that birds and bats do have tend to vary a lot. For all mammalian groups besides bats, there were visible patterns of specific bacteria found in closely-related groups. However, with birds and bats you see all types of individual bacteria scattered across almost haphazardly. “It’s almost like they’re just picking up whatever’s around them and they don’t really need their microbes to help them in ways that we do,” says Lutz.

Scientists hope that learning more about the nuances of other animals’ microbiomes can tell us more about our own. The species that don’t rely as much on their gut microbiomes can provide a particular insight. “If we ever are putting ourselves in some kind of extreme situation where we’re disrupting our microbiome, there is something that we can learn from animals that don’t need their microbiomes as much,” reflects Lutz.

Lutz notes that this discovery wouldn’t have been possible without museum collections from around the world. Specimens of bird and bat guts tucked away in cryogenic chambers filled with liquid nitrogen in the Field Museum’s Collections Resource Center were pulled out to help provide the broad samples needed for a study of this size.

“The scope of this paper —in terms of species that we sampled— is really remarkable. The diversity of collaborators that came together to make this study happen shows how much we can achieve when we reach out and have these big and inter-institutional collaborations,”says Lutz.

Explore further

Bats don’t rely on gut bacteria the way humans do

More information: Se Jin Song et al, Comparative Analyses of Vertebrate Gut Microbiomes Reveal Convergence between Birds and Bats, mBio (2020). DOI: 10.1128/mBio.02901-19

Journal information: mBio

Provided by Field Museum

Citation: Birds and bats have strange gut microbiomes—probably because they can fly (2020, January 7) retrieved 7 January 2020 from https://phys.org/news/2020-01-birds-strange-gut-microbiomesprobably.html

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#Biology

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lugarescontextos · 7 years

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Formación de tufas en Olduvai

Situación de la Garganta de Olduvai

Olduvai, fue el punto de partida para situar el género Homo en el Plioceno y plantear una gran diversidad geográfica y morfológica de los ejemplares de australopitecinos robustos. Sin embargo el lecho I de Olduvai llega sólo hasta los 1,8 Ma; más lejos de esa fecha, el yacimiento contiene terrenos volcánicos sin ningún contenido fósil.

La idea de un paso gradual de la cultura olduvaiense a la achelense tuvo su justificación primera por la secuencia que se halla en los lechos I y II de Olduvai. Las aproximaciones tipológicas de Leakey (1971) se determinaron de acuerdo a la representación de juegos de herramientas, potencialmente indicativos de las diversas actividades.

Lecho II

Miembro superior

Olduvaiense Desarrollado B.

Achelense Inicial (LF) y Olduvaiense Desarrollado B (UF)

Miembro medio

SHK

Olduvaiense Desarrollado B.

MNK Main Site

Achelense Inicial

FC West

Olduvaiense Desarrollado B.

Achelense Inicial

Elephant K

Achelense Inicial

EF-HR

Achelense Inicial

MNK Skull Site

Olduvaiense

FLK North Sandy Conglomerate

Olduvaiense Desarrollado A

HWK East Sandy Conglomerate

Olduvaiense Desarrollado A

Miembro inferior

FLK North Dinotherium Level

Indeterminado.

FLK North clay with root casts

Indeterminado.

HWK East, Level 2

Indeterminado.

Lecho I

Miembro superior

Superior

FLK North, Levels 6-1

Olduvaiense

Medio

FLK upper levels

Indeterminado.

FLK Zinjanthropus Floor

Olduvaiense

FLK NN Levels 1,2,3

Olduvaiense

Inferior

DK Levels 1,2,3

Olduvaiense

FLK NN Level 4

Indeterminado.

Los indicadores paleoclimáticos muestran una tendencia a la sequía en el nivel superior de Bed I, que dio lugar a las condiciones más áridas observadas en Bed II

Emily J. Beverly, Gail M. Ashley y Steven G. Driese (2014) han identificado una hidrología fluctuante entre 1,81-1,79 Ma indicativa de un ciclo de precesión y consistente con los registros de la Garganta de Olduvai y de todo el este de África. En este intervalo temporal se produjeron las primeras migraciones de homínidos Out of Africa huyendo de un ambiente con escasez de agua, estacionalidad de precipitación anual y grandes variaciones en las precipitaciones debido a la precesión.

Esta hidrología en combinación con los cambios tectónicos, actuó como factor de dibujo para los homínidos y otros animales (Gail M. Ashley, Emily J. Beverly, Nancy E. Sikes y Steven G. Driese, 2014).

Doris Barboni (2014) ha integrado toda la información obtenida sobre la paleobotánica de Laetoli, Olduvai y Peninj. Los registros sugieren una vegetación similar a la actual. Las gramíneas de tipo C4 aparecen hace ~3,7 Ma y llegan a ser dominantes poco después (~3,66 Ma), probablemente en respuesta a la disminución de las precipitaciones. Hace ~2,6 Ma los pastos xerófilos C4 documentan una fuerte aridez durante el período de intensificación de la glaciación del hemisferio norte (~2,7-2,5 Ma). Después de 2 Ma, el registro de Olduvai indica patrones de vegetación complejos de pastizales, bosques cerrados, humedales y palmares vinculados a precipitaciones oscilantes, con variación en los niveles del lago. Cuando la variabilidad del clima húmedo-seco fue extrema en África Oriental (~1,9-1,7 Ma), los manantiales de agua dulce pueden haber ofrecido un refugio para varias especies, incluidos los homínidos.

A pesar de la competencia de los carnívoros, Charles P. Egeland (2014) muestra que otros factores como el agua, la cubierta de árboles, la tierra seca, y la disponibilidad de materias primas fueron más importantes para la selección de los lugares específicos en los que los homínidos llevaron a cabo sus actividades ya que las medidas de destrucción ósea no están relacionadas con los patrones de descarte lítico y carnicería.

Según Silvia Ascari (2016), el análisis isotópico de dientes y huesos de herbívoros y cocodrilos de Bed I y Bed II, refleja un ambiente seco que fue cambiando de un arbolado dominado por plantas C3 a un a pradera C4 más resistente a la sequía. Aunque el retorno a condiciones más humedas en Upper Bed II pudo propiciar la vuelta de plantas C3, los herbívoros retuvieron su dieta C4.

Johnson et al (2016) han examinado la malacofauna fósil de la garganta de Olduvai. Bed III conserva conchas fosilizadas de Chambardia wahlbergi, una especie de amplia distribución en las aguas dulces de África. Bed III se ha interpretado como una llanura de inundación periódica, mientras Bed II y Bed I indican la existencia de un lago alcalino salino con agua dulce únicamente en corrientes subterráneas.

Garganta de Olduvai y distribución de sitios. Domínguez-Rodrigo et al, 2017.

Estratigrafía de Olduvai. Domínguez-Rodrigo et al, 2017.

El registro de Olduvai

El registro de Bed II es un ejemplo particularmente significativo que sugiere que si queremos construir inferencias sólidas y significativas sobre las estrategias de vida de los homínidos, no podemos separar la tecnología de otros aspectos económicos, ecológicos, funcionales y regionales. Así, Alia N. Gurtov y Metin I. Eren (2014) han comprobado que los resultados experimentales son consistentes con la idea generalizada de que los homínidos del Paleolítico Inferior reconocían las diferencias en las propiedades físicas de los diferentes tipos de materia prima. En Olduvai, la reducción bipolar, que requiere poca o ninguna habilidad, se utiliza solo en el cuarzo y no sobre el basalto porque en aquel material el resultado es ventajoso.

Estratigrafía de FLK. Arráiz et al (2017).

FLK Zinj (Frida Leakey Korongo; 1,8 Ma).

En el nivel 22, se recuperó OH5, el holotipo de Paranthropus boisei. En el sitio se hallaron también otros restos de boisei y de Homo habilis, junto con artefactos líticos.

Lucía Cobo-Sánchez, Julia Aramendi y Manuel Domínguez-Rodrigo (2014) muestran evidencia convincente de que la acción lacustre o atmosférica por sí sola es insuficiente para causar la aloctonía mostrada por los conjuntos de Bed I.

Según el estudio geomorfológico, sedimentológico, estratigráfico y geométrico efectuado por D. Uribelarrea, M. Domínguez-Rodrigo, A. Pérez-González, J. Vegas Salamanca, E. Baquedano, A. Mabulla, C. Musiba, D. Barboni y L. Cobo-Sánchez (2014) en base a 30 zanjas excavadas alrededor de FLK Zinj, el sitio se encuentra en el borde de una plataforma elevada de hábitats boscosos, rodeada de ambientes más abiertos y herbosos situados en las partes más bajas de la planicie lacustre. En el sur existían áreas de entrada, probablemente en forma de abanicos aluviales, siguiendo una dirección norte-sur. Un estudio arqueológico de las trincheras excavadas revela un agudo contraste en fósiles y de densidad de herramientas de piedra entre FLK Zinj y el paisaje circundante lo que apoya la hipótesis de que el sitio pudo haber constituido un centro de recepción de canales, carnicería y consumo (Magill et al, 2016).

De acuerdo con el estudio de fotolitos de Arráiz et al (2017), los árboles y arbustos eran dominantes en todo el entorno, por lo que los Hominini se vieron atraídos a FLK más bien por la presencia de lagunas de agua dulce.

FLK Zinj ( Domínguez-Rodrigo et al, 2007; Domínguez-Rodrigo et al, 2010) es contemporáneo con un palimpsesto (FLK North) que representa un manantial de agua dulce (Ashley et al, 2010). En 2012, a unos 700 m al sur de FLK Zinj y la misma paleosuperficie, se localizó un nuevo sitio de alta densidad: Philip Tobias Korongo (PTK). En 2014, a una distancia similar, al sudeste de FLK Zinj, se halló un sitio aún más denso: David (DS). Domínguez-Rodrigo et al, 2017.

PTK (Philip Tobias Korongo).

Está situado ~ 700 m al sur de FLK Zinj. Descubierto en 2012. Contiene tres capas arqueológicas discretas. La más densa (nivel I) corresponde a la mmisma paleosuperficie que FLK Zinj y también está cubierta por la Tufa IC. El área excavada, de unos 80 m2, exhibe una densa concentración de herramientas de piedra y huesos fósiles. (Domínguez-Rodrigo y Cobo-Sánchez, 2017).

FLK North (1,8 Ma).

Gail M. Ashley, Henry T. Bunn, Jeremy S. Delaney, Doris Barboni, Manuel Domínguez-Rodrigo, Audax ZP Mabulla, Alia N. Gurtov, RoniDell Baluyot, Emily J. Beverly y Enrique Baquedano (2014) interpretan los componentes del sitio FLK North, donde ha aparecido una acumulación de fósiles, cerca de un humedal dominado por la actividad de los carnívoros. FLK North está delimitado verticalmente por las tufas Ng'eju (1,818 ± 0,006 Ma) e IF (1,803 ± 0,002 Ma), y está formado por 9 niveles que comprenden un registro relativamente continuo en un ciclo de precesión de Milankovitch (seco-húmedo-seco). A medida que el lago se desvaneció durante la parte seca del ciclo, los suministros de agua superficiales disminuyeron y los manantiales y humedales subterráneos se convirtieron en el suministro de agua dulce dominante. El análisis de los huesos y artefactos fósiles recién recuperados ha demostrado que los huesos de animales grandes son en gran medida producto de la caza y alimentación de felinos y hienas (Mari Carmen Arriaza y Manuel Domínguez-Rodrigo, 2016) .

Estratigrafía del sitio SHK-1

SHK (1,78-1,34 Ma).

Manuel Domínguez-Rodrigo, Fernando Diez Martín, José Yravedra, Rebeca Barba, Audax Mabulla, Enrique Baquedano, David Uribelarrea, Policarpo Sánchez y Metin I. Eren (2014) señalan el hallazgo de una densa concentración de herramientas de piedra y restos de fauna en SHK (1,78 a 1,34 Ma). Los análisis tafonómicos sugieren el papel de un conjunto heterogéneo de agentes en la acumulación y modificación de los restos faunísticos. A pesar de ello, hay evidencia de explotación de hipopótamos y équidos por parte de los homínidos y esto pone de relieve la posibilidad de que hace 1,5 Ma los homínidos fueron diversificando su dieta y ampliando su nicho ecológico, explotando la megafauna, probablemente de manera oportunista. Un análisis comparativo de la diversidad taxonómica entre SHK frente a otros sitios superiores de Bed II apoya la noción de que el medio ambiente era bastante abierto antes del inicio de los depósitos de Bed III. El gran número de artefactos líticos contrasta con la pequeña cantidad de evidencia para el procesamiento de canales, lo que sugiere la involucración de los homínidos en diversas actividades más allá de la carnicería.

TK (1,35 Ma).

Manuel Santonja, Joaquín Panera, Susana Rubio-Jara, Alfredo Pérez-González, David Uribelarrea, Manuel Domínguez-Rodrigo, Audax Z.P. Mabulla, Henry T. Bunn y Enrique Baquedano (2014) han realizado un estudio tecnológico y paleoeconómico del conjunto lítico de 5.805 piezas recuperado en el nivel inferior (TKLF). El carácter del sitio, así como las actividades llevadas a cabo en el mismo, han sido influenciados en gran medida por las materias primas utilizadas principalmente de procedencia próxima. Se pueden identificar dos diferentes cadenas operatorias: una basada en la obtención de lascas a partir de rocas volcánicas y cuarcita y otra en la fabricación de grandes y altamente estandarizados bifaces que fueron producidos, utilizados y abandonados en el sitio.

Estratigrafía de BK. Uribelarrea y Domínguez-Rodrigo, 2017.

BK (1,34 Ma).

Cuenta con 8 niveles arqueológicos, en el interior del cauce de un río serpenteante utilizado de forma recurrente por Hominini para el procesamiento de canales de animales, coincidiendo con una alta concentración de recursos vegetales. La distribución espacial de los diferentes niveles arqueológicos es el resultado de un registro sedimentario complejo, ya que la erosión, el transporte y la sedimentación se produjeron simultáneamente. La abundancia de restos arqueológicos y megafauna hallados en el interior del cauce contrasta con la ausencia de restos en el exterior (Uribelarrea y Domínguez-Rodrigo, 2017). BK constituyó un lugar atractivo para los Hominini y otros animales por la disponibilidad de agua y de plantas leñosas abundantes, en contraste con el entorno (Arráiz et al, 2017)

M. Domínguez-Rodrigo, H.T. Bunn, A.Z.P. Mabulla, E. Baquedano, D. Uribelarrea, A. Pérez-González, A. Gidna, J. Yravedra, F. Diez-Martin, C.P. Egeland, R. Barba, M.C. Arriaza, E. Organista y M. Ansón (2014) recuerdan el descubrimiento de abundantes pruebas de explotación de megafauna. La carnicería de canales tanto grandes como medianos y pequeños señalan la importancia de la carne en el comportamiento del erectus. BBK contiene la mayor cantidad de huesos modificados por homínidos y animales descuartizados de todo el registro arqueológico del Pleistoceno Temprano. La caza era una parte integral de la conducta adaptativa del erectus, aunque en la explotación de la megafauna pudieron darse más conductas oportunistas. La organización del sitio sugiere una distribución espacial diferente a la mostrada por homínidos anteriores, tal como se documenta en sitios como FLK Zinj. Esto revela la necesidad de nuevos modelos de comportamiento para explicar la funcionalidad de campamentos centrales achelenses.

Yravedra et al (2017).

Niveles de Olduvai Bed I y Bed II

La MSA en Olduvai

El Achelense finalmente se convierte en el MSA, cuya presencia más temprana en Olduvai está documentada en Ndutu. Metin I. Eren, Adam J. Durant, Mary Prendergast y Audax Z.P. Mabulla comunican hallazgo de más de 72 lugares arqueológicos, con cientos de artefactos de la MSA recuperados. Las observaciones geológicas indican provisionalmente que Ndutu se formó por aportaciones de piroclastos y cenizas de erupciones volcánicas.

Reconstrucción del paisaje de Olduvai

Paleolago de Olduvai

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