Il rumine: un ecosistema microbico straordinario

Scritto e verificato il biologo María Muñoz Navarro

Ultimo aggiornamento: 27 dicembre, 2022

I ruminanti utilizzano nella propria alimentazione composti che altre specie, come quella degli esseri umani, non sono in grado di assimilare. Questo fenomeno è dovuto a una grande varietà di microrganismi che hanno il compito di digerire anaerobicamente (senza ossigeno) questi nutrienti nel rumine, attraverso un processo chiamato fermentazione.

Tutto ciò è necessario per la sopravvivenza di molte specie di notevole importanza per l’agricoltura, come, per esempio, le mucche. In questo articolo vi spieghiamo che cos’è il rumine e quali sono alcuni dei microrganismi coinvolti in questo affascinante processo.

Il rumine

I ruminanti (bovini, caprini, cervidi e ovini) possiedono un apparato digerente piuttosto complesso, formato da quattro cavità:

• Il reticolo.
• Il rumine.
• L’omaso.
• L’abomaso.

All’interno del rumine migliaia di organismi microscopici producono enzimi che contribuiscono alla digestione di fibre vegetali e materiale cellulare. Per questa ragione possiamo dire che il rumine è un ecosistema microbico, nel quale i batteri costituiscono il 60% della popolazione di microrganismi.

Processo del rumine

Dobbiamo sapere che il rumine comunica con la bocca attraverso l’esofago. Questi sono i passaggi seguiti dal cibo fino alla digestione:

1. Per prima cosa, gli animali ingeriscono alimenti vegetali. Questi contengono cellulosa, amido, pectine e altri elementi che i ruminanti non sono in grado di digerire direttamente, perché non dispongono degli enzimi necessari.
2. Poi il cibo passa dalla bocca al rumine, dove i microrganismi trasformano queste molecole complesse in altre più semplici (acidi grassi dal basso peso molecolare), diossido di carbonio e metano.
3. Una volta che queste molecole sono state scomposte in altre che l’intestino dell’animale riesce ad assorbire, il cibo ritorna alla bocca, dove viene nuovamente masticato e ingerito.
4. Infine, l’alimento semidigerito raggiunge il reticolo, poi l’omaso e l’abomaso, che funge da stomaco principale, perché è qui che ha luogo il processo digestivo.

Fermentazione

Queste comunità microbiche producono alcuni enzimi che presentano funzioni essenziali per la scomposizione di carboidrati (della cellulosa, dell’amido e degli zuccheri), oltre a composti nitrogenati e lipidi. Questa scomposizione viene portata a termine attraverso un processo chiamato “fermentazione”.

Il processo di fermentazione è fondamentale per il ricavo di energia (sotto forma di ATP), per la crescita dei microrganismi e per la produzione di molecole essenziali per l’animale, come il glucosio. Risultano molto importanti anche nei composti che contengono nitrogeno, essenziale per la sintesi delle proteine.

In questo modo, l’apparato digerente di questi animali è in grado di ricavare energia senza dover ricorrere a elementi esterni come la vitamina B o aminoacidi essenziali, perché sono proprio i microrganismi a produrla al loro interno.

Relazione simbiotica in un ambiente anaerobico

Bisogna sottolineare che, come possiamo osservare, il rumine è un esempio di simbiosi mutualistica: i ruminanti forniscono ai microbi un ambiente adeguato per la loro crescita e attività. In cambio, i microrganismi offrono all’ospite dei nutrienti che provengono dagli alimenti, che non potrebbero essere digeriti diversamente.

In questo modo, i ruminanti seguono una dieta ricca di fibre e a basso contenuto di proteine.

Questo ecosistema ruminale è formato da una grande varietà di microrganismi, che stabiliscono una relazione simbiotica in un ambiente privo di ossigeno.

Questo microbiota è formato da batteri, archeobatteri, protozoi e funghi. I batteri sono i più suscettibili alle proprietà fisico-chimiche del rumine. Quelli che predominano in questa comunità appartengono a due phyla o gruppi tassonomici:

• Firmicutes; soprattutto quelli appartenenti ai generi Butyvibrio, Lachnospira, Succiniclasticum e Ruminococcus.
• Bacteroidetes: il genere predominante è il Prevotella.

Gli archeobatteri costituiscono approssimativamente l’1% della massa microbica, mentre tra gli eucarioti incontriamo i protozoi, che occupano un terzo del totale, e alcuni funghi.

I batteri del rumine

La cellulosa, il componente principale della parete cellulare delle piante, deve essere digerita correttamente; a questo scopo, risultano essenziali i batteri cellulosolitici.

In questo caso, un pH inferiore a 5,5 danneggia il processo di digestione delle fibre e una temperatura di 39°C compromette la capacità di adesione batterica.

Altrettanto importanti sono i batteri amilolitici, a causa della presenza di amido nella dieta del bestiame e delle mucche che si cibano di grano.

I batteri lattici metabolizzano l’acido lattico e ne controllano l’accumulo, aiutando quindi a mantenere il pH entro i valori adeguati.

Infine, anche i batteri che degradano la pectina svolgono un ruolo essenziale, dal momento che la pectina rappresenta il 10-20% dei carboidrati totali all’interno della dieta di questi animali.

Archeobatteri metanogeni

L’attività dei microrganismi rappresenta la fonte principale di gas a effetto serra nell’agricoltura. Il metano è generato da archeobatteri metanogeni e viene ottenuto come prodotto finale della fermentazione. Questo processo è considerato una perdita di energia, perché rappresenta un 6-10% dell’energia complessiva.

Quando questo gas viene espulso nell’ambiente, contribuisce all’effetto serra. Durante la metanogenesi, si riducono i livelli di CO2 e di idrogeno presenti nell’ambiente: si tratta di un fenomeno necessario. L’80% del metano viene generato dalla fermentazione della fibra (cellulosa), mentre il rimanente 20% ha origine dalla decomposizione dello sterco.

Protozoi

Questi microbi sono coinvolti nel processo di diminuzione del rischio di acidosi in seguito al consumo di alimenti che presentano un’alta concentrazione di zuccheri facilmente digeribili.

Il 90% dei protozoi appartiene al genere Entodiminiomorphida, la cui funzione principale consiste nell’idrolisi e nella fermentazione della cellulosa. Diplopastron affine presenta un’attività amilotica, grazie alla quale produce maltosio e glucosio.

Funghi

Esistono dei funghi cellulosolitici che producono determinati enzimi in grado di idrolizzare la cellulosa e gli xilani. L’attività micotica favorisce la digestione della parete cellulare dei vegetali.

Si dimostrano importanti soprattutto quando i ruminanti ingeriscono sostanze lignificate. Per esempio, Neocallimastix frontalis rende solubile la lignina delle pareti cellulari per fare sì che i batteri abbiano accesso alla cellulosa senza alcun problema.

L’importanza dei microbi

Come abbiamo visto, i microrganismi sono essenziali nel metabolismo degradativo degli alimenti ingeriti dai ruminanti. Questo non è che un ulteriore esempio dell’importanza posseduta da questi organismi unicellulari nel mondo animale.

Inoltre, per concludere, è bene chiarire che è assolutamente fondamentale che questo microbiota si mantenga in buona salute, allo scopo di evitare nell’animale la presenza di problemi fisiologici, come l’acidosi.