Следующий шаг в промышленной работе с отходами — удаление биологических материалов, из которых можно приготовить компост. Подобным образом оставшаяся неперевариваемая, неусвоенная часть еды отправляется в толстую кишку, где ее перерабатывают микробы. Значительная часть веществ, поступающих в толстую кишку, — это пищевые волокна, которые человеческие ферменты тонкого кишечника неспособны преобразовать в полезные калории или питательные вещества. Однако для микрофлоры эти пищевые волокна с ДМУ — настоящий пир.
ЦЕННОСТЬ МИКРОБНЫХ ОТХОДОВ
Некоторые виды микробов предпочитают питаться ДМУ из бананов, другим «больше нравятся» ДМУ из лука. От того, что мы едим, зависит, какие бактерии станут быстрее размножаться и получат наибольшее распространение. Важно, что человек не получает калории из тех компонентов пищи, которыми кормятся микробы. Они не живут за чужой счет, а расходуют материал, который наш организм оставил бы неиспользованным.
Как и всем формам жизни на Земле, бактериям нужно усваивать и преобразовывать молекулы, чтобы получить энергию для роста и размножения (у бактерий это клеточное деление). Для видов наподобие нашего, размножающихся половым путем, это может показаться эгоизмом, но цель каждой бактерии — сделать как можно больше своих копий, или клонов. Виды, которым удается наиболее эффективно размножаться в данных условиях, сохранятся и начнут доминировать (это пример естественного отбора в упрощенном варианте). Геном микроорганизмов способен приобретать, удалять или изменять гены, поэтому они могут эволюционировать и более эффективно конкурировать за выживание в кишечнике.
Конкуренция за питательные ресурсы заставляет бактерии разрабатывать умные метаболические стратегии. При этом все кишечные микроорганизмы сталкиваются с двумя большими проблемами. Первая: как извлекать энергию в отсутствие кислорода. В кишечной среде нет кислорода, то есть она анаэробна. Клетки человека используют кислород для аэробного метаболизма, создавая молекулярные строительные блоки для клеток и энергию для организма. Однако микрофлоре доступен только анаэробный метаболизм (ферментация). С его помощью она генерирует энергию и создает важные молекулы. Вторая проблема: скорость, с которой должен происходить метаболизм. Еда двигается по пищеварительному тракту очень быстро, и конкурентная экосистема заставляет бактерии мгновенно поглощать любые проходящие мимо питательные вещества. Для решения этой проблемы наиболее распространенные в человеческом кишечнике бактерии используют эффективную стратегию: они быстро ферментируют ДМУ — один из богатейших источников энергии в толстой кишке. Подобным образом проводят ферментацию микроорганизмы, обитающие за пределами кишечника. Так, чтобы получился йогурт, бактерии ферментируют лактозу молока в молочную кислоту. При производстве пива и вина дрожжи перерабатывают крахмал, сахарозу и другой сахар в этанол. Конечными продуктами ферментации в кишечнике чаще всего становятся короткоцепочечные жирные кислоты (КЖК).