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肠道菌群这么热,毛毛虫却说:那是啥?

2017/06/30 来源:Nature自然科研
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导读
若没有肠道微生物,包括人类在内的许多动物就无法健康生活。这些肠道内的居民能分解食物,帮助我们抗击致病的微生物。但最新研究表明,包括毛虫在内的一些物种不需要肠道微生物也能活得很好。研究这些共生细菌、真菌和其它微生物的科学家表示,肠道微生物组可能并没有人们先前认为的那么普遍。


一些毛虫,比如这只君主斑蝶(Danaus plexippus)的幼虫不需要人类肠道赖以运转的各种微生物也能生活得很好。Darlyne A. Murawski/National Geographic Creative

本文转载自“Nature自然科研”

若没有肠道微生物,包括人类在内的许多动物就无法健康生活。这些肠道内的居民能分解食物,帮助我们抗击致病的微生物。但最新研究表明,包括毛虫在内的一些物种不需要肠道微生物也能活得很好。研究这些共生细菌、真菌和其它微生物的科学家表示,肠道微生物组可能并没有人们先前认为的那么普遍。

通过测序一个通常用于鉴别微生物的基因,科罗拉多大学博尔德分校的演化生态学家Tobin Hammer研究了124种美洲野生食叶毛虫的肠道微生物。Hammer和他的团队在发表在bioRxiv服务器上的一篇预印本中报告表示,他们并未发现“常住”微生物的踪影;他所谓的常住微生物指的是与宿主共同演化的微生物群。

这是又一篇没能在多种动物和昆虫中找到肠道微生物组的论文;这类文献虽然数量稀少,但正在不断增长。Hammer说,之前研究者在发表这些论文时遇到了一些困难,或许是因为证明阴性结果难度较大。

传统的观点认为,奶牛等食草动物需要肠道微生物来分解植物细胞壁中的纤维。由于Hammer研究的毛虫都是食叶的,他本以为它们会拥有复杂多样的微生物组。

“但要记住一点:毛虫并不是迷你奶牛,”Hammer说。科学家们研究大型食草动物的排泄物样本后发现,这些动物的微生物DNA比植物DNA多得多。但对于毛虫来说,情况似乎刚好相反。Hammer发现的少数几种细菌和病毒似乎来自毛虫的食物和环境。

他还检验了毛虫的肠道微生物是否以某种方式对毛虫的生存起到了帮助:他孵化了72只在北美常见的烟草天蛾(Manduca sexta),并对毛虫使用了不同剂量的抗生素,以杀死它们所携带的任何微生物。但这一处理对烟草天蛾的生存或健康都没有产生影响。

意义重大

哈佛大学生态学家Melissa Whitaker研究的是毛虫与细菌的关系,她表示过去的研究也表明毛虫没有微生物组。但这些研究只考察了寥寥几个物种,而Hammer的研究包括了100多个物种。先前的研究也缺少有关毛虫体内的微生物是否有益的实验数据。综合而言,Whitaker认为Hammer的研究意义重大。

“毛虫是最大的食草生物群之一,”Whitaker说。据英国伦敦大学学院的一个研究项目估计,人们已知的毛虫约有18万种。“如果它们并不依赖于肠道细菌来帮助消化,那依靠的是什么呢?”Whitaker说,“一定是一种截然不同的机制;这太吸引人了。”

Whitaker认为,比起在文献中出现的频率,与Hammer的研究类似的结果在现实中可能更为常见。“我觉得文献中存在选择偏差,”她说。研究者或许不愿用阴性结果投稿,期刊也同样不愿发表这样的结果。

这是一个熟悉的故事:Whitaker刚刚开始研究毛虫的肠道细菌时,她坚信自己的数据或方法出错了。但最终,毛虫没有肠道共生菌成为了明确的事实。

例外情况

其他科学家也有类似的经历。Jon Sanders是加州大学圣迭戈分校的一位博士后,他研究的主题是细菌及其宿主的共同演化。在一项针对秘鲁蚂蚁的研究中,Sanders发现,一些地表物种似乎完全没有肠道微生物组。经过一年半的评议,他的论文被拒了。最终,Sanders把论文发布在了bioRxiv服务器上,现在,论文正在《综合与比较生物学》(Integrative and Comparative Biology)期刊接受评议。

德国马克斯·普朗克化学生态学研究所的昆虫学家Matan Shelomi在研究食草昆虫竹节虫(Phasmatodea)的肠道微生物组上花费了多年时间。他发现,竹节虫的肠道中没有微生物。后来,他还发现了证据表明竹节虫能利用其在演化初期从细菌那里“偷”来的基因分解果胶——另一种可见于植物细胞壁的纤维。Shelomi的研究成果最终被发表了,但据他所说,他“在同行评议期间花费了许多时间,也进行了许多争辩”。

一些脊椎动物也可能没有肠道微生物组。“我曾经听说有研究者在鸟类和鱼类中也发现了类似现象,”Hammer说。他的研究包括了几种脊椎动物的数据,以作为对照。一些动物,比如山羊,的确拥有肠道微生物组。但Hammer却没有在鹅或蝙蝠的排泄物中找到肠道微生物。

目前,只有少数几篇已发表的研究指向无肠道微生物的物种。但Whitaker、Hammer、Shelomi和Sanders都认为,随着人们开始寻找这样的生物,未来研究者将会得到其它类似的新发现。

“作为一个学科,我们几乎已经要宣布一切都与微生物组有关、每种生物都有微生物组了,”Whitaker说,“只用一个例外,这种假说就被完全推翻了。”

备注:原文以The curious case of the caterpillar's missing microbes为标题发布在2017年5月18日的《自然》新闻上,原文作者:Erin Ross。

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