每年夏天困擾西伊利湖的藍藻大量繁殖都是一種難看的滋擾和潛在的公共健康危害，產(chǎn)生的肝毒素可能對人類及其寵物有害。但根據(jù)密歇根大學生態(tài)學家的一項新研究，藍藻開花產(chǎn)生的毒素也可能對攝取它們的沙粒大小的湖泊動物產(chǎn)生保護作用，就像馬利筋植物中的毒素可以保護帝王蝶免受寄生蟲侵害一樣。

這項基于實驗室的研究表明，被稱為水蚤(Daphnia)的小型蝦類淡水甲殼類動物可以通過消耗由形成藍藻的藍藻產(chǎn)生的毒素來獲得真菌寄生蟲的保護。水蚤通常被稱為水蚤，在淡水食物網(wǎng)中起著關鍵作用，是許多魚類的重要食物來源。

密歇根大學的研究人員計劃進行后續(xù)研究，看看他們在實驗室中觀察到的保護作用是否也發(fā)生在湖泊中。他們還將探索開發(fā)人用抗真菌藥物的潛力。

該研究計劃于1月15日在“ 皇家學會學報”B期刊上發(fā)表。第一作者是KristelSánchez，她在UM生態(tài)學和進化生物學系的碩士論文中完成了這項工作。共同作者包括她的教師顧問，UM生態(tài)學家Mark Hunter和Meghan Duffy。

“這篇論文表明，生活在密歇根湖泊中的水蚤可以通過形成藍藻的毒素中的毒素獲得真菌寄生蟲的保護，”亨特說，他在密歇根大學生物站研究了十多年的君主。“這是一種奇特的水生平行的君主蝴蝶，它們從馬利筋中的毒素中獲得了寄生蟲的保護。它表明動物藥物可能比我們想象的更為常見，延伸到水生境界。”

幾十年前人們就知道，黑猩猩這樣的動物會尋找治療疾病的藥草。近年來，動物藥劑師的名單已經(jīng)增長了很長時間，現(xiàn)在似乎動物“自我藥療”的實踐比科學家以前所知的要廣泛得多。但大多數(shù)關于動物自我藥療的研究都集中在陸地生態(tài)系統(tǒng)上。關于動物的飲食如何作為水生系統(tǒng)藥物來源的知識相對較少。

需要明確的是，目前的研究并未表明水蚤在野外是自我治療的。為了證明自我藥療，研究人員必須證明水蚤優(yōu)先飼喂產(chǎn)生毒素的藍細菌和藻類，以降低其疾病風險。研究人員將在研究的下一階段尋找這種選擇性覓食的證據(jù)。

但目前的研究確實為水蚤消耗的植物毒素的保護性提供了有力的證據(jù)。“真菌病原體對作物，野生動植物甚至人類都有破壞性影響，”達菲說。“對我來說，打擊那些化合物的化合物可能位于我們當?shù)睾幢砻嬷碌南敕ㄕ媸橇钊伺d奮。”

Sánchez在實驗室飼養(yǎng)了北美湖泊中常見食草動物Daphnia dentifera，并為8種綠藻或藍藻(以前稱為藍綠藻)中的一種喂養(yǎng)個體。在野外，水蚤以漂浮在水柱中的藻類和細菌為食; 它們是一群被稱為浮游動物食草動物的小型水生動物的一部分。

使用了5種綠藻和3種藍藻，它們的營養(yǎng)價值和毒素產(chǎn)量不同。與產(chǎn)生毒素的藍藻相比，綠藻對水蚤的營養(yǎng)更有營養(yǎng)價值。

研究中使用的藍藻包括一種微囊藻，一組常見的菌落形成藍藻，主要歸咎于伊利湖一年一度的夏季開花。一些微囊藻物種產(chǎn)生稱為微囊藻毒素的肝毒素。在她的實驗中，Sánchez將純微囊藻毒素添加到一些微囊藻培養(yǎng)物中，以接近在藍藻水華期間常見的毒素水平。

然后，UM研究中的實驗室培養(yǎng)的水蚤暴露于一種常見的真菌寄生蟲和一種常見的細菌寄生蟲。在野外，水蚤通過消耗水中的寄生蟲孢子而感染。研究人員發(fā)現(xiàn)，飲食對真菌寄生蟲的感染率有顯著影響，但對細菌寄生蟲沒有影響。兩種藍藻飲食 - 包括將純微囊藻毒素加入含有微囊藻培養(yǎng)物的燒杯中的飲食處理 - 完全防止了真菌感染。單獨的微囊藻的飲食，沒有額外的微囊藻毒素，導致非常低水平的真菌感染。

當水蚤喂養(yǎng)綠藻小球藻時，也完全防止了真菌感染。總之，九種飲食治療中有四種顯示出抗真菌活性的強有力證據(jù)。“我認為我可能會從九種藥物中得到一種藥效，”Sánchez說。“近半數(shù)飲食療法顯示出某種藥效，這一事實確實令人驚訝，這表明我們對水生生態(tài)系統(tǒng)中的自我藥療機制并沒有給予足夠的重視。”

相反，沒有一種飲食療法可以防止細菌寄生蟲的感染。此外，食用綠藻的未感染水蚤產(chǎn)生的后代比吃藍藻的后代多兩到三倍，證實綠藻飲食的營養(yǎng)質量更高。并且，通常，寄生蟲感染會減少生長。

Sánchez計劃繼續(xù)為她的博士研究項目工作，Duffy是她的顧問。研究人員將尋找自我藥物治療的證據(jù)，并將進一步檢查在初始研究中顯示出真菌抗性活性的三種毒素的抗微生物特性：微囊藻毒素-LR，解毒素-α和小球藻素。來自明尼蘇達州和佐治亞州的研究人員將加入該項目。

“許多天然產(chǎn)品的研究是通過篩選大量的植物或藻類材料并使用不同的生物測定來完成的，并希望你能夠幸運地找到一種新的化合物或活躍的東西，”Sánchez說。“但是，為什么不看一下本質上已經(jīng)發(fā)生的事情呢?我認為這是真正吸引我的原因以及為什么我選擇在這個項目上工作。”

研究人員表示，這項工作具有廣泛的生態(tài)意義，部分原因是全球氣候變暖預計會增加某些地區(qū)藍藻水華的發(fā)生頻率。這一變化可能改變水蚤的疾病動態(tài)，而水蚤又可能對湖泊食物網(wǎng)產(chǎn)生重要影響，因為水蚤是重要的食草動物，水蚤種群內(nèi)的疾病爆發(fā)可能影響生態(tài)系統(tǒng)層面的過程，“作者寫道。

在英國皇家學會會報B本文的標題是“毒素或藥物?浮游植物飲食調(diào)解主機和寄生蟲健身在淡水系統(tǒng)中。”