俄勒岡州立大學(xué)的新研究顯示，珊瑚和它們寄主的微生物一起進(jìn)化。今天發(fā)表在“ 自然通訊”雜志上的調(diào)查結(jié)果為拯救地球四面楚歌的珊瑚礁提供了新的見解，這些珊瑚礁是地球上最大和最重要的生物來源結(jié)構(gòu)。該研究由國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助，涉及數(shù)百個(gè)石珊瑚珊瑚樣本 - 也稱為石珊瑚 - 自從它們首次出現(xiàn)在4.25億年前已經(jīng)分支到超過1,500 種。

其中許多是珊瑚礁的主要建造者，這些珊瑚礁的海洋面積不到1%，但卻是近四分之一海洋物種的家園。珊瑚礁還有助于調(diào)節(jié)海洋的二氧化碳含量，是科學(xué)家在尋找新藥時(shí)使用的重要狩獵場(chǎng)。

“產(chǎn)業(yè)化過程中，許多珊瑚已經(jīng)滅絕和其他許多人都面臨滅絕的危險(xiǎn)，”研究的共同作者，俄勒岡州立大學(xué)的微生物學(xué)家麗貝卡維加瑟伯，誰(shuí)是在2018年美國(guó)俄勒岡州立大學(xué)制作的紀(jì)錄片功能說“拯救亞特蘭蒂斯”。“如果我們看到微生物組和珊瑚之間的進(jìn)化模式，那么我們可以了解哪些微生物的目標(biāo) - 了解它們的作用，它們?nèi)绾螏椭汉鞯钟鶜夂蜃兓?，以及它們?nèi)绾螏椭徑鉅I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)污染。我們可以看一下更深入地研究微生物并了解它們?nèi)绾螏椭騻λ鼈兊乃拗鳌?ldquo;

現(xiàn)代珊瑚是由甲藻，真菌，細(xì)菌和古細(xì)菌組成的復(fù)雜組合物，它們共同組成珊瑚微生物組。微生物組成的變化與珊瑚健康的變化有關(guān)。

Vega Thurber說：“可能祖先的珊瑚也含有復(fù)雜的微生物群落，但我們不知道這些珊瑚 - 微生物共生是如何進(jìn)化的，或者是影響現(xiàn)代珊瑚微生物群落的關(guān)鍵因素。” “某些種類的珊瑚具有不同的微生物組，其發(fā)生在它們的進(jìn)化歷史中的某個(gè)時(shí)刻。不是4億年前，但是有一些特定的微生物確實(shí)顯示出最近與它們的宿主一起進(jìn)化的非常有力的證據(jù)。 “

Vega Thurber和Ryan McMinds，博士。她的實(shí)驗(yàn)室學(xué)生和論文的共同第一作者是國(guó)際合作的一部分，該合作還包括賓夕法尼亞州立大學(xué)的Monica Medina和前俄勒岡州博士后學(xué)者Jesse Zaneveld，他現(xiàn)在是華盛頓大學(xué)博塞爾分校的助理教授。

這項(xiàng)龐大的，具有計(jì)算挑戰(zhàn)性的研究項(xiàng)目涉及從澳大利亞沿海的21個(gè)珊瑚礁采集600個(gè)珊瑚樣本，跨越17度的緯度。

“在許多不同的尺度上，珊瑚宿主越相似，微生物群落就越相似 - 整個(gè)社區(qū)和特定的微生物，”McMinds說。“我們從盡可能多的珊瑚中采集樣本。對(duì)于每個(gè)樣本集，我們都觀察了珊瑚的組織，骨骼和粘液，看看那里有哪些微生物。”

為此，研究人員對(duì)16S rRNA基因進(jìn)行了測(cè)序。McMinds解釋說，這種基因存在于每個(gè)生物體中，但略有不同。他把它比作它所屬的每個(gè)有機(jī)體的“分子條形碼”。

從那里，科學(xué)家們可以尋找不同珊瑚微生物群落之間的模式，并確定是否發(fā)生了珊瑚和它們的微生物群的共同進(jìn)化。

Vega Thurber說：“我們發(fā)現(xiàn)了對(duì)珊瑚微生物'phylosymbiosis'的強(qiáng)烈支持，其中珊瑚微生物組成和豐富度反映在珊瑚宿主的進(jìn)化史上。” “當(dāng)現(xiàn)代造礁珊瑚家族的物種形成開始于大約2500萬(wàn)至65年之間時(shí)，伴隨著微生物組豐富度的巨大變化。在最近的物種形成事件中，這種變化繼續(xù)積累。”

珊瑚多樣性對(duì)于評(píng)估維持每個(gè)珊瑚物種微生物組的各種因素來說太過分了，但這些發(fā)現(xiàn)提供了微生物組裝配的一般規(guī)則，“可以估算出珊瑚樹中未被污染的部分中微生物的影響。”

“現(xiàn)在我們有了一個(gè)分析石珊瑚珊瑚微生物的框架，可以揭示珊瑚的進(jìn)化歷史，宿主特征和當(dāng)?shù)丨h(huán)境如何相互作用來塑造微生物組，”Vega Thurber說。“在珊瑚世界，有一個(gè)長(zhǎng)期存在的假設(shè)，即微生物和珊瑚共同進(jìn)化，但是之前還沒有足夠的數(shù)據(jù)來測(cè)試它。”

研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn)，與組織和粘液微生物組相比，珊瑚碳酸鈣骨架的微生物群落顯示出更大的微生物組豐富度。此外，骨骼微生物組顯示出長(zhǎng)期系統(tǒng)發(fā)育的最強(qiáng)信號(hào) - 一種相關(guān)的宿主生物多樣化與其微生物組之間的差異變化相關(guān)的模式。

“我們?cè)疽詾樯汉鲿?huì)在整個(gè)系統(tǒng)發(fā)育史上顯示出系統(tǒng)發(fā)育的跡象，結(jié)果支持骨骼和組織而不是粘液，”McMinds說。“盡管物種間粘液的化學(xué)成分與粘液微生物組中顯著的宿主特異性存在差異，但宿主特異性僅限于相對(duì)較近的分歧。”

他還指出，這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了“一些人認(rèn)為不重要的微生物群體”的潛在意義。

“有數(shù)千種不同種類的微生物，而研究人員認(rèn)為這些微生物并不多，我們發(fā)現(xiàn)其他一些可能影響珊瑚健康的微生物目標(biāo)，”麥克明姆說。“我們不確定它們是否重要，但證據(jù)表明它們與主機(jī)一起變化，所以它們可能正在做的事情很重要。它們不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的共生體，但似乎它們是值得的仔細(xì)觀察。“