後腸発酵

後腸発酵は、単胃性草食動物（単室の胃を持つ動物） に見られる消化プロセスです。セルロースは、細菌、古細菌、真核生物などの共生微生物の助けを借りて消化されます。[ 1 ]微生物発酵は、小腸に続く消化器官、すなわち盲腸と大腸で起こります。後腸発酵を行う動物の例としては、長鼻類やウマやサイなどの大型奇蹄類、そしてげっ歯類、ウサギ、コアラなどの小動物が挙げられます。[ 2 ]

対照的に、前腸発酵は、 4つの部屋を持つ胃を持つ牛などの反芻動物に見られるセルロース消化の形態であり、 [ 3 ]ナマケモノ、マクロポディッド、一部のサル、そしてツメバメなどの鳥類にも見られます。[ 4 ]

盲腸

後腸発酵動物は、一般的に、前腸発酵動物よりもはるかに大きく複雑な盲腸と大腸を持っています。 [ 5 ]ムササビ、ウサギ、キツネザルなどの小さな盲腸発酵動物に関する研究では、これらの哺乳類の消化管は体長の約10～13倍の長さであることが明らかになっています。[ 6 ]これは、単胃草食動物の食事に特徴的な食物繊維やその他の消化しにくい化合物 の摂取量が多いためです。 [ 7 ]

消化しやすい食物は消化管で処理され、通常の糞便として排出されます。しかし、消化しにくい繊維から栄養素を取り出すために、ウサギ目（ウサギ、ノウサギ、ナキウサギなど）のような小型の後腸発酵動物は、盲腸（小腸と大腸の接合部）で繊維を発酵させ、内容物を盲腸糞として排出します。そして、この内容物は再び摂取されます（盲腸栄養）。その後、盲腸糞は小腸で吸収され、栄養素が利用されます。[ 7 ]

このプロセスは、微生物群集、つまり腸内フローラの回復にも有益です。これらの微生物は消化管に存在し、免疫システムを強化する保護因子として機能します。後腸の小型発酵菌は、冬眠、夏眠、休眠状態において微生物群を排出する能力を有しています。

効率

一般的に前腸発酵の方が効率的であると考えられており、単胃動物は反芻動物ほど効率的にセルロースを消化できないが、[ 5 ]後腸発酵により、動物は少量の低品質の飼料を一日中摂取することができ、反芻動物が必要とする栄養を十分に摂取できない状況でも生存することができる。反芻動物は食事と食事の間にかなりの時間を休む必要があるが、後腸発酵動物はより頻繁に少量の食事を摂取することができるため、より容易に食べたり動いたりすることができる。[ 8 ] 大きな後腸発酵動物はバルクフィーダーである。つまり、栄養価の低い大量の食物を摂取し、同サイズの前腸発酵動物よりも速く消化する。このカテゴリーの主な食物は草であり、草原に生息する草食動物は、異なる地域の草の成長段階を利用するために長距離を移動する。[ 9 ]

スピード

前腸発酵動物よりも速く食物を処理できるため、後腸発酵動物は非常に大きな体格において有利であり、はるかに大量の食物を摂取できる。現存する最大の大型草食動物であるゾウと先史時代のインドリコテリス（サイの一種）は、後腸発酵動物であった。[ 10 ]異なる陸生哺乳類グループにおける最大体重の進化速度に関する研究では、体重の経時的成長が最も速かったのは後腸発酵動物（奇蹄目、齧歯類 、および長鼻類）であることが示されている。[ 11 ]

種類

後腸発酵動物は、消化器官の相対的な大きさと他の消化器系との関係に基づいて2つのグループに分けられます。結腸発酵動物は馬などの大型種に多く、盲腸発酵動物はウサギやげっ歯類などの小型動物に多く見られます。[ 2 ]しかし、この用語とは異なり、馬などの結腸発酵動物は、セルロースを分解するために盲腸を広く利用します。[ 12 ] [ 13 ]また、結腸発酵動物は通常、小腸よりも大腸が比例して長いのに対し、盲腸発酵動物は、消化管の他の部分に比べて盲腸がかなり大きくなっています。

豚

哺乳類の中で、豚は後腸発酵動物に分類されます。豚は比較的大きな盲腸を有しており、発酵のための十分なスペースを提供します。この発酵は、盲腸消化物と盲腸内微生物叢との相互作用によって起こります。盲腸消化物の組成は食事の組成を反映しており[ 14 ]、盲腸に到達する残留物は回腸で消化されずに盲腸へ送られたものであるためです。

盲腸消化物の主成分は、豚の体内の酵素では消化できない繊維ですが、他の栄養素も残っています。[ 15 ]同様に、盲腸微生物叢の構成は、食事の組成に大きく影響されます。[ 16 ]簡単に言うと、豚が高タンパク質の食事を摂取すると、盲腸に入る未消化のタンパク質の量が増え、アンモニア産生細菌の量が増加する可能性があります。[ 17 ]対照的に、豚が高繊維食を摂取すると、より多くの繊維が盲腸に到達し、繊維分解細菌の相対的な量が増加します。[ 18 ]

盲腸細菌が産生する主要な代謝物は、短鎖脂肪酸とアンモニアである。[ 17 ] [ 18 ]短鎖脂肪酸は主に食物繊維の発酵によって生成され、アンモニアはタンパク質とアミノ酸の発酵によって生成される。短鎖脂肪酸は腸管上皮細胞のエネルギー源となり、盲腸のpHを下げることで病原細菌の増殖を防ぐのに役立つ。[ 19 ]一方、アンモニアは管腔内pHを上昇させ、病原細菌の増殖を促進し、腸の炎症を引き起こす可能性がある。[ 20 ]

昆虫

哺乳類に加えて、いくつかの昆虫も後腸発酵動物であり、その中で最も研究されているのはシロアリである。シロアリは後腸の「お腹」が大きく、腸内細菌叢の大部分を収容しているのが特徴である。[ 21 ]下等なシロアリにおける木片の消化は腸内鞭毛虫の食胞内で行われるが、鞭毛虫を持たない高等なシロアリでは、繊維関連細菌によって消化が行われているようである。[ 22 ]

参照

参考文献

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  3. ^後腸発酵器と前腸発酵器. Vcebiology.edublogs.org (2011-04-30). 2011年11月27日閲覧。
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