加州大學(xué)圣地亞哥微生物群創(chuàng)新中心(CMI)研究人員和東海岸同事首次量化了亞馬遜熱帶雨林中各種螞蟻物種內(nèi)臟細(xì)菌的數(shù)量。他們發(fā)現(xiàn)生活在樹(shù)冠上的主要食草螞蟻比生活在地上的螞蟻多出幾個(gè)數(shù)量級(jí)的細(xì)菌。這項(xiàng)工作對(duì)微生物組研究的方式有影響。作者于7月27日在綜合與比較生物學(xué)雜志上發(fā)表了這項(xiàng)研究。

當(dāng)熱帶昆蟲(chóng)學(xué)家開(kāi)始對(duì)雨林檐篷中的節(jié)肢動(dòng)物生物量進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查時(shí)，他們驚訝地發(fā)現(xiàn)螞蟻占其中的大部分。問(wèn)題集中在經(jīng)典陸地生態(tài)系統(tǒng)生物量金字塔的明顯倒置上：螞蟻被認(rèn)為是捕食者，但它們超過(guò)了它們潛在的獵物。

這種生物量“悖論”在2003年得到了部分解決，當(dāng)時(shí)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了大多數(shù)生活在熱帶雨林樹(shù)冠中的螞蟻都是食草動(dòng)物，以植物來(lái)源的液體如樹(shù)液和花蜜為食 - 但這又帶來(lái)了另一個(gè)困境：氮，一種必需的生物營(yíng)養(yǎng)素，這些資源有限。這些食草冠螞蟻如何獲得足夠的氮來(lái)培養(yǎng)它們的菌落?

“眾所周知，營(yíng)養(yǎng)不均衡的飲食昆蟲(chóng)經(jīng)常依賴(lài)細(xì)菌共生來(lái)補(bǔ)充其營(yíng)養(yǎng)需求，”該論文的主要作者和博士后在CMI教員主任Rob Knight的實(shí)驗(yàn)室中擔(dān)任博士后的Jon Sanders說(shuō)。該實(shí)驗(yàn)室位于加州大學(xué)圣地亞哥分校。醫(yī)學(xué)。事實(shí)上，木匠螞蟻的Blochmannia細(xì)菌是最早發(fā)現(xiàn)與宿主有共生關(guān)系的細(xì)菌之一，并且似乎在提升或回收氮中起作用，Sanders說(shuō)。

“這一發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)100年后，人們發(fā)現(xiàn)，專(zhuān)門(mén)的細(xì)胞外細(xì)菌棲息于新世界樹(shù)棲動(dòng)物Cephalotes的形態(tài)學(xué)上，其名稱(chēng)為”龜螞蟻“，最近也因其滑行能力而聞名，”桑德斯說(shuō)。一篇關(guān)于這些細(xì)菌在2014年演變的論文。“我們知道他們?cè)谀抢?- 這個(gè)概念并不新鮮。”

但是新的方法是進(jìn)行這項(xiàng)研究 - 使用定量而非定性的方法來(lái)了解它們中有多少，以及它們存在的生物學(xué)意義。

目前的測(cè)序技術(shù)幾乎總是從擴(kuò)增步驟開(kāi)始，其中原始模板DNA被復(fù)制多次。得到的文庫(kù)幾乎不保留關(guān)于開(kāi)始時(shí)存在的細(xì)菌數(shù)量的信息。

“擴(kuò)增步驟可能會(huì)受到污染，特別是對(duì)于起始DNA濃度非常低的螞蟻樣品，”桑德斯說(shuō)。“即使在沒(méi)有污染的情況下，極低密度細(xì)菌群落的生物學(xué)意義可能與高度豐富的共生體有很大不同。如果沒(méi)有關(guān)于絕對(duì)豐度的額外信息，很難從多樣性中得出有意義的生物學(xué)結(jié)論。”

桑德斯和他的團(tuán)隊(duì)使用了兩種獨(dú)立的方法 - 定量PCR(qPCR)和熒光顯微鏡，這需要通過(guò)亞馬遜攜帶60磅顯微鏡 - 來(lái)評(píng)估細(xì)菌細(xì)胞的絕對(duì)豐度。

他們發(fā)現(xiàn)的是令人驚訝的 - 生活在樹(shù)冠上的食草螞蟻的腸道中的細(xì)菌比地棲的螞蟻多三到四個(gè)數(shù)量級(jí)。

按人體尺寸調(diào)整，大約相當(dāng)于兩升蘇打水的大小。相比之下，地棲螞蟻含有足夠的細(xì)菌，與烤咖啡豆的大小相等。

“這表明他們發(fā)揮了重要作用，”桑德斯說(shuō)。“大概與維持大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通量有關(guān)。”

然而，奇怪的是，研究人員沒(méi)有看到每個(gè)食草屬中都存在相同的細(xì)菌 - 那么為什么樹(shù)冠棲息的螞蟻在它們的腸道中需要如此多的細(xì)菌，為什么它們似乎不重要?這些關(guān)系是如何形成的?桑德斯說(shuō)，科學(xué)會(huì)說(shuō)。

“我們通常將微生物組視為動(dòng)物所擁有的東西，”桑德斯說(shuō)。“但我認(rèn)為我們正在了解，微生物組在動(dòng)物中的含義是截然不同的，絕對(duì)豐富的數(shù)據(jù)對(duì)于理解它的生物學(xué)意義是必要的。”