神奇毛毛虫体内没有共生微生物

2019-03-01 15:35:28 来源: 庆阳信息港

某些昆虫,甚至可能一些脊椎动物,肠道中都没有共生微生物。

来源:Darlyne A. Murawski/国家地理创意

一些毛毛虫,如这只黑脉金斑蝶幼虫(Danaus plexippus),就算不像人类一样拥有共生菌群,也能够正常生存。

包括人类在内的许多动物,没有肠道微生物就无法健康生活。这些肠道居民分解食物,并协助我们抵御致病菌。但的研究表明,包括毛毛虫在内的一些物种在没有微生物的情况下也能活得很好。科学家们研究了这些共生细菌、真菌和其他微生物后表示,

神奇毛毛虫体内没有共生微生物

可能肠道菌群并不像人们以前认为的那样普遍存在。

波尔德•科罗拉多大学(the University of Colorado, Boulder)的进化生态学家Tobin Hammer通过检测一个常用于微生物鉴定的基因序列,调查来自美洲的124种野生食叶毛虫的肠道微生物。在发布到bioRxiv服务器的预印本中,Hammer和他的研究小组指出,他们在这些所谓的“居民”中没有检测到信号。而这些微生物是一群与宿主协同进化的生物体。

这类在各种动物和昆虫中未发现肠道微生物的研究虽然很少,但却在不断增加,而这篇文章就是的一个例子。Hammer说,研究人员可能很难发表这样的论文,因为阴性结果很难证明。

传统的观点认为,食草动物,如牛,需要肠道微生物来分解植物细胞壁中的纤维。由于Hammer研究的所有毛毛虫都是吃叶子的,他认为他们会拥有一个多元而复杂的微生物基因组。

“但是请记住:毛毛虫不是迷你奶牛,”Hammer说。科学家们检测大型食草动物的粪便时检测到了比植物DNA多得多的微生物DNA。但是对毛毛虫来说,却不是这样。Hammer检测到的仅有的几种细菌和病毒似乎都来自昆虫的食物和环境。

这位生态学家还测试了毛毛虫中的肠道微生物是否能帮助他们在成虫阶段生存。他孵化了72只常见的北美蛾,烟草天蛾(Manduca sexta),并在幼虫时期饲喂不同剂量的抗生素,以清除成虫体内的微生物。但这种处理对烟草天蛾的健康或生存没有影响。

巨大的影响

哈佛大学(Harvard University)研究毛毛虫与细菌关系的生态学家Melissa Whitaker说,过去的研究也表明毛毛虫没有肠道菌群。但那些研究只涉及少数物种; Hammer则研究了100多种物种。以前的研究还没有研究过毛毛虫中存在的微生物是否有益。因此,Whitaker认为Hammer的工作影响巨大。

“它们是的食草群体之一,”Whitaker说。英国伦敦大学学院(University College London, UK)的一个研究项目估计,已知的毛虫种类大约有18万。Whitaker说:“如果他们不依赖于肠道细菌来消化,那他们依靠什么呢?” “可能是完全不同的东西。这很吸引人。”

Whitaker认为Hammer的研究结论其实可能比现有文献中人们所认识到的更加普遍。“我认为研究中存在选择偏倚,”她说。研究人员可能不愿意提交这样的结果,而期刊也可能同样不愿意发表。

这是一个熟悉的故事——当Whitaker开始研究毛毛虫的肠道细菌时,她以为她的数据或方法有问题。然而终,很明显,她们没有找到肠道共生菌。

例外

其他科学家也有类似的经历。加州大学圣地亚哥分校(the University of California, San Diego)的博士后JonSanders研究了微生物及其宿主的共同演化。桑德斯在研究秘鲁蚂蚁时发现,一些地面栖息物种似乎完全缺乏肠道微生物群。他花费了一年半的时间重复实验,然而论文依然被拒收。Sanders终将其投递到bioRxiv 3上,现在正在杂志《综合与比较生物学》(Integrative and Comparative Biology)上进行审查。

德国耶拿马克斯普朗克化学生态研究所(the Max Planck Institute for Chemical Ecology in Jena, Germany)的昆虫学家MatanShelomi花了几年时间研究食草棒虫(Phasmatoda)的肠道微生物。他发现这种昆虫的肠道内没有微生物。后来,他发现食草棒虫可以利用在进化中从细菌内移植而来的基因,分解植物细胞壁中的果胶。Shelomi终发表了他的发现,但是他们在同行评审过程中做了大量的工作和讨论。

一些脊椎动物也可能没有肠道微生物。“有趣的是,我听说有的研究人员在鸟类和鱼类发现了类似问题,”Hammer说。他的研究中,对照组包括几种脊椎动物的数据。一些脊椎动物比如山羊,的确有肠道微生物。但是Hammer发现鹅和蝙蝠的粪便中没有。

仍然只有少数已发表的研究表明存在肠道中无微生物的情况。但现在人们正在寻找,Whitaker, Hammer, Shelomi and Sanders都认为将来会有其他类似的发现。

Whitaker说:“我们本来以为一切都与微生物有关,每个生物都有共生微生物。然而只是一个小小的例外,就又带来了新的谜团。”

翻译:罗思圆

审校:方露

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