Idisslare

Idisslare är växtätande däggdjur som kan förvärva näringsämnen från växtbaserad mat genom att jäsa den i en specialiserad mage före matsmältningen, främst genom mikrobiella åtgärder. Processen, som äger rum i den främre delen av matsmältningssystemet och därför kallas förutjäsning, kräver vanligtvis att den fermenterade ingestan (känd som cud) återupplivas och tuggas igen. Processen med att återuppta cud för att ytterligare bryta ner växtmaterial och stimulera matsmältningen kallas idissling. Ordet “idisslare” kommer från det latinska idisslarna, vilket betyder “att tugga igen”.




De cirka 200 arterna av levande idisslare inkluderar både tamdjur och vilda arter. Ruminerande däggdjur inkluderar nötkreatur, alla tamade och vilda nötkreatur, getter, får, giraffer, rådjur, gaseller och antiloper. Det har också föreslagits att småungor också förlitat sig på idissling, i motsats till andra atlantogenater som förlitar sig på den mer typiska jästen i bakarmen, men detta är inte helt säkert.

Taxonomiskt är underordningen Ruminantia en härstamning av växtätande artiodaktyler som inkluderar de mest avancerade och utbredda av världens hovdjur. Uttrycket “idisslare” är inte synonymt med Ruminantia. Underordern Ruminantia innehåller många idisslare, men inkluderar inte tylopoder. Underordnandet Ruminantia omfattar sex olika familjer: Tragulidae, Giraffidae, Antilocapridae, Moschidae, Cervidae och Bovidae.

Hofmann och Stewart delade idisslare i tre huvudkategorier baserat på deras fodertyp och utfodringsvanor: koncentratväljare, mellanliggande typer och gräs- / grovfoderätare, med antagandet att utfodringsvanor hos idisslare orsakar morfologiska skillnader i deras matsmältningssystem, inklusive spottkörtlar, rumens storlek och papiller av vommen. Woodall fann emellertid att det finns en liten korrelation mellan fiberinnehållet i en idisslare kost och morfologiska egenskaper, vilket innebär att Hofmann och Stewarts kategoriska indelningar av idisslare motiverar ytterligare forskning.




Vissa däggdjur är också pseudoruminanter, som har en mage med tre fack istället för fyra som idisslare. Hippopotamidae (som består av flodhästar) är välkända exempel. Pseudoruminants, liksom traditionella idisslare, är föregående fermentorer och mest idisslare eller tugga cud. Men deras anatomi och matsmältningsmetod skiljer sig avsevärt från en fyrkammare idisslare.

Monogastriska växtätare, såsom noshörningar, hästar och kaniner, är inte idisslare, eftersom de har en enkel mage med en kammare. Dessa järngjutare smälter cellulosa i en förstorad blindtarm. I mindre jaktgärjare av ordningen Lagomorpha (kaniner, harar och pikor) förs cecotropes som bildas i tjocktarmen genom tjocktarmen och undersöks därefter på nytt för att ge ytterligare en möjlighet att absorbera näringsämnen.

Den primära skillnaden mellan idisslare och icke-idisslare är att idisslare magar har fyra fack:

vommen – primär mikrobiell jäsning
nätverk
omasum – tar emot tuggad cud och absorberar flyktiga fettsyror
abomasum – sann mage

De två första kamrarna är vommen och nätverket. Dessa två fack utgör jäsningskärlet, de är den viktigaste platsen för mikrobiell aktivitet. Jäsning är avgörande för matsmältningen eftersom den bryter ner komplexa kolhydrater, såsom cellulosa, och gör att djuret kan använda dem. Mikrober fungerar bäst i en varm, fuktig, anaerob miljö med ett temperaturintervall på 37,7 till 42,2 ° C (100 till 108 ° F) och ett pH mellan 6,0 och 6,4. Utan hjälp från mikrober skulle idisslare inte kunna använda näringsämnen från foder. Maten blandas med saliv och separeras i lager av fast och flytande material. Torrsubstanser klumpar ihop sig för att bilda cud eller bolus.




Luddet återupplivas och tuggas för att helt blanda det med saliv och för att bryta ner partikelstorleken. Mindre partikelstorlek möjliggör ökad näringsupptagning. Fiber, särskilt cellulosa och hemicellulosa, bryts huvudsakligen ner i dessa kamrar av mikrober (mestadels bakterier, liksom vissa protozoer, svampar och jäst) i de tre flyktiga fettsyrorna (VFA): ättiksyra, propionsyra och smörsyra . Protein och icke-strukturellt kolhydrat (pektin, socker och stärkelse) fermenteras också.

Saliv är mycket viktigt eftersom det ger vätska till den mikrobiella populationen, återcirkulerar kväve och mineraler och fungerar som en buffert för vommen pH. Den typ av foder djuret konsumerar påverkar mängden saliv som produceras.

Även om vommen och nätverket har olika namn, har de väldigt lika vävnadsskikt och texturer, vilket gör det svårt att visuellt separera dem. De utför också liknande uppgifter. Tillsammans kallas dessa kamrar reticulorumen. Den nedbrytade digestan, som nu befinner sig i den nedre flytande delen av reticulorumen, passerar sedan in i nästa kammare, omasum. Denna kammare styr vad som kan passera in i abomasum. Det håller partikelstorleken så liten som möjligt för att passera in i abomasum. Omasumet absorberar också flyktiga fettsyror och ammoniak.

Efter detta flyttas digesta till den sanna magen, abomasum. Detta är magkammaren i idisslarens mage. Abomasum är den direkta ekvivalenten för monogastrisk mage och digesta smälts här på ungefär samma sätt. Detta fack släpper ut syror och enzymer som ytterligare smälter materialet som passerar igenom. Det är också här idisslare smälter mikroberna som produceras i vommen. Digesta flyttas äntligen in i tunntarmen, där matsmältningen och absorptionen av näringsämnen sker.

Tunntarmen är det huvudsakliga stället för näringsabsorption. Digestans yta ökar kraftigt här på grund av villi som är i tunntarmen. Denna ökade yta möjliggör större näringsabsorption. Mikrober som produceras i näthinnan smälts också i tunntarmen. Efter tunntarmen är tjocktarmen. De viktigaste rollerna här är att bryta ner främst fiber genom fermentering med mikrober, absorption av vatten (joner och mineraler) och andra fermenterade produkter, och även utvisande av avfall. Jäsning fortsätter i tjocktarmen på samma sätt som i näthinnan.

Endast små mängder glukos absorberas från kolhydrater i kosten. De flesta dietkolhydrater fermenteras till VFA i vommen. Glukosen som behövs som energi för hjärnan och för laktos och mjölkfett vid mjölkproduktion, liksom andra användningsområden, kommer från icke-sockerkällor, såsom VFA-propionat, glycerol, laktat och protein. VFA-propionatet används för cirka 70% av den producerade glukosen och glykogenen och proteinet för ytterligare 20% (50% under svältförhållanden).




Vilda idisslare har minst 75 miljoner och är infödda på alla kontinenter utom Antarktis. Nästan 90% av alla arter finns i Eurasien och Afrika. Arter bor i ett brett spektrum av klimat (från tropisk till arktisk) och livsmiljöer (från öppna slätter till skogar).

Befolkningen av inhemska idisslare är större än 3,5 miljarder, och boskap, får och getter står för cirka 95% av den totala befolkningen. Geten tämdes i Nära öst cirka 8000 f.Kr. De flesta andra arter tämdes 2500 f.Kr., antingen i Nära öst eller södra Asien.

Idisslare fysiologi

Ruminerande djur har olika fysiologiska egenskaper som gör att de kan överleva i naturen. En egenskap hos idisslare är deras kontinuerligt växande tänder. Under bete orsakar kiselhalten i foder slitage på tänderna. Denna nötning kompenseras av kontinuerlig tandtillväxt under idisslarens liv, i motsats till människor eller andra icke-idisslare, vars tänder slutar växa efter en viss ålder. De flesta idisslare har inga övre framtänder; istället har de en tjock tandkudde för att tugga noggrant växtbaserad mat.

En annan egenskap hos idisslare är den stora lagringskapaciteten hos idisslare som ger dem möjlighet att konsumera foder snabbt och slutföra tuggprocessen senare. Detta är känt som idissling, som består av återupplivning av foder, återladdning, återupplivning och återsväljning. Ruminering minskar partikelstorleken, vilket förbättrar mikrobiell funktion och gör att digesta lättare kan passera genom matsmältningskanalen.

Vomens mikrobiologi

Ytterligare information: Metanogener i matsmältningskanalen hos idisslare
Ryggradsdjur saknar förmågan att hydrolysera beta glykosidbindningen av växtcellulosa på grund av bristen på enzymet cellulas. Således måste idisslare helt bero på den mikrobiella floran som finns i vommen eller tarmen för att smälta cellulosa. Uppslutningen av mat i vommen utförs huvudsakligen av vommens mikroflora, som innehåller täta populationer av flera bakterier, protozoer, ibland jäst och andra svampar – 1 ml vommen beräknas innehålla 10–50 miljarder bakterier och 1 miljon protozoer , liksom flera jästar och svampar.

Eftersom miljön i en vommen är anaerob, är de flesta av dessa mikrobiella arter obligatoriska eller fakultativa anaerober som kan sönderdela komplext växtmaterial, såsom cellulosa, hemicellulosa, stärkelse och proteiner. Hydrolysen av cellulosa resulterar i sockerarter, som ytterligare fermenteras till acetat, laktat, propionat, butyrat, koldioxid och metan.

Eftersom bakterier driver jäsning i vommen, förbrukar de cirka 10% av kolet, 60% av fosfor och 80% av kvävet som idisslare intar. För att återvinna dessa näringsämnen smälter idisslarna sedan bakterierna i abomasum. Enzymet lysozym har anpassats för att underlätta matsmältningen av bakterier i idisslarens abomasum. Bukspottskörteln ribonukleas bryter också ned bakteriellt RNA i idisslare tunntarmen som en kvävekälla.

Under bete producerar idisslare stora mängder saliv – uppskattningar sträcker sig från 100 till 150 liter saliv per dag för en ko. Spytens roll är att ge riklig vätska för jäsning av vommen och fungera som ett buffertmedel. Rumens jäsning producerar stora mängder organiska syror, vilket innebär att bibehållande av lämpligt pH för rumsvätskor är en kritisk faktor vid jäsning av vommen. Efter att digesta har passerat vommen absorberar omasum överflödig vätska så att matsmältningsenzymer och syra i abomasum inte späds ut.

Tannintoxicitet hos idisslare

Tanniner är fenolföreningar som ofta finns i växter. Finns i blad-, knopp-, utsäde-, rot- och stamvävnader, och tanniner distribueras i många olika arter av växter. Tanniner är uppdelade i två klasser: hydrolyserbara tanniner och kondenserade tanniner. Beroende på deras koncentration och natur kan endera klass ha negativa eller fördelaktiga effekter.

Tanniner kan vara fördelaktiga, eftersom de har visat sig öka mjölkproduktionen, ulltillväxten, ägglossningshastigheten och lammprocenten, såväl som minskad uppblåstningsrisk och minskad inre parasitbelastning.




Tanniner kan vara giftiga för idisslare, genom att de fäller ut proteiner, vilket gör dem otillgängliga för matsmältning, och de hämmar absorptionen av näringsämnen genom att minska populationerna av proteolytiska vombakterier. Mycket höga nivåer av tanninintag kan producera toxicitet som till och med kan orsaka död. Djur som normalt konsumerar tanninrika växter kan utveckla försvarsmekanismer mot tanniner, såsom strategisk användning av lipider och extracellulära polysackarider som har hög affinitet för bindning till tanniner. Vissa idisslare (getter, hjortar, älgar, älgar) kan konsumera foder med höga tanniner (löv, kvistar, bark) på grund av närvaron i deras saliv av tanninbindande proteiner.

Metan produceras av en typ av archaea, kallad metanogener, som beskrivs ovan i vommen, och denna metan släpps ut i atmosfären. Vommen är den viktigaste platsen för metanproduktion hos idisslare. Metan är en stark växthusgas med en global uppvärmningspotential på 86 jämfört med koldioxid under en 20-årsperiod.

Under 2010 stod enterisk jäsning för 43% av de totala växthusgasutsläppen från all jordbruksaktivitet i världen, 26% av de totala utsläppen av växthusgaser från jordbruksaktiviteter i USA och 22% av de totala amerikanska metanutsläppen . Köttet från idag uppfödda idisslare har ett högre kolekvivalentavtryck än andra kött eller vegetariska proteinkällor baserat på en global metaanalys av livscykelbedömningsstudier.

Metanproduktion av köttdjur, huvudsakligen idisslare, uppskattas till 15–20% global produktion av metan, såvida inte djuren jagades i naturen. Den nuvarande amerikanska nötkötts- och mjölkboskappopulationen är cirka 90 miljoner djur, cirka 50% högre än den höga vilda befolkningen i amerikansk bison på 60 miljoner djur på 1700-talet, som främst strövade över den del av Nordamerika som nu utgör Förenta staterna. World