伍茲霍爾海洋研究所(WHOI)及其同事進(jìn)行的一項(xiàng)新研究首次發(fā)現(xiàn)了健康座頭鯨的大量保存細(xì)菌 - 鯨魚(yú)在呼氣時(shí)從其氣孔中噴出的濕潤(rùn)氣息。該研究于2017年10月10日發(fā)表在美國(guó)微生物學(xué)會(huì)開(kāi)放獲取期刊mSystems上。

這種共享的呼吸“微生物組”的發(fā)現(xiàn)可以作為監(jiān)測(cè)這種和其他鯨魚(yú)物種健康的重要框架。與人類一樣，科學(xué)家們表示，生活在鯨魚(yú)中和鯨魚(yú)身上的微生物 - 被稱為微生物組 - 可能在其整體健康狀況中起著至關(guān)重要的作用，從維持健康的免疫系統(tǒng)到抵抗疾病。

“肺部系統(tǒng)是鯨魚(yú)細(xì)菌感染的常見(jiàn)部位，”該研究的第一作者，WHOI研究員Amy Apprill說(shuō)。合作研究團(tuán)隊(duì)還包括來(lái)自國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)，SR3海洋生物響應(yīng)，恢復(fù)和研究以及溫哥華水族館的科學(xué)家。

“我們經(jīng)常在滯留和死亡的動(dòng)物身上看到呼吸系統(tǒng)疾病的證據(jù)，”Apprill補(bǔ)充道。“到目前為止，人們對(duì)健康鯨魚(yú)的正常呼吸微生物群知之甚少。”

為了收集樣本，傳統(tǒng)上研究人員使用一條小船來(lái)追蹤鯨魚(yú)。一旦足夠接近，他們通過(guò)在其尖端處保持帶有大培養(yǎng)皿的長(zhǎng)桿來(lái)收集樣品，盡可能靠近氣孔。這是一種有效的方法，但是有可能通過(guò)船只方法改變鯨魚(yú)的行為和壓力水平。

協(xié)作團(tuán)隊(duì)希望以較少侵入性的方式收集必要的數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估野外鯨魚(yú)的健康狀況，因此他們轉(zhuǎn)向天空和一些高科技設(shè)備 - 定制的，遙控的六轉(zhuǎn)子六軸飛行器。

在2015年初收集他們?cè)诎退缒醽喌牡谝粋€(gè)樣本后，WHOI生物學(xué)家Michael Moore，NOAA研究員John Durban和SR3的Holly Fearnbach多次成功地使用這種技術(shù)來(lái)測(cè)量當(dāng)年晚些時(shí)候在科德角附近的座頭鯨的打擊。

“我們使用無(wú)人機(jī)拍攝鯨魚(yú)的航拍圖像，以便我們可以評(píng)估身體狀況，”該論文的共同作者德班說(shuō)。“由于我們的六軸飛行器具有穩(wěn)定的飛行性能，我們很快就知道我們可以在不打擾動(dòng)物的情況下可靠地通過(guò)鯨魚(yú)飛行。”

一旦鯨魚(yú)在安裝在六軸飛行器底部的攝像機(jī)框架中可見(jiàn)，就會(huì)拍攝高分辨率的航拍圖像，以便以后分析身體狀況和整體健康狀況。

在費(fèi)恩巴赫特定的定位方向的幫助下，德班飛行員在氣孔上方幾英尺的地方駕駛著六位直升機(jī)。一些打擊落在無(wú)菌培養(yǎng)皿上，附著在無(wú)人機(jī)頂部。

“鯨魚(yú)似乎不知道飛機(jī)在那里，”該論文的合著者摩爾說(shuō)。“我們想研究鯨魚(yú)的健康，但不會(huì)影響他們的行為。無(wú)人機(jī)可以幫助我們做到這一點(diǎn)。”

從兩個(gè)不同的駝背種群中收集了爆炸樣本：17個(gè)來(lái)自馬薩諸塞州科德角附近沿海水域的鯨魚(yú)。加拿大溫哥華島附近海域的鯨魚(yú)有九只。然后，研究小組對(duì)吹氣樣本中的遺傳物質(zhì)進(jìn)行了測(cè)序，以確定鯨魚(yú)呼吸道中的微生物種類。

“我們驚訝地發(fā)現(xiàn)一種與海水非常不同的微生物組，”Apprill說(shuō)。“這真的令人興奮，因?yàn)樗砻魑覀冋讷@得一個(gè)來(lái)自動(dòng)物的微生物組的明確信號(hào)。”

Apprill和WHOI實(shí)驗(yàn)室的同事Carolyn Miller確定了所有鯨魚(yú)樣本中存在的25個(gè)細(xì)菌群 - 一個(gè)保守的或“核心”的微生物組。

“這有力地表明，無(wú)論動(dòng)物的生活地點(diǎn)，甚至他們的年齡或性別，他們都有一個(gè)共同的吹微生物組，”Apprill說(shuō)。

在25個(gè)微生物物種的核心組中，研究人員發(fā)現(xiàn)20個(gè)序列與其他海洋哺乳動(dòng)物相關(guān)的微生物相似。最常見(jiàn)的特征是在來(lái)自寬吻海豚的氣孔的微生物組數(shù)據(jù)集中發(fā)現(xiàn)的，這也是目前最具可比性的數(shù)據(jù)集。

接下來(lái)，研究人員將采集身體狀況不佳的鯨魚(yú)樣本，這可能是疾病的指示，以便比較他們的健康鯨魚(yú)的微生物。他們還希望擴(kuò)大測(cè)序工作以包括病毒和真菌，因?yàn)檫@項(xiàng)研究只關(guān)注細(xì)菌和古細(xì)菌，與細(xì)菌類似的單細(xì)胞微生物。

“從這項(xiàng)研究中，我們很清楚正常，健康的鯨魚(yú)微生物群是什么樣的?，F(xiàn)在我們需要了解不健康鯨魚(yú)的微生物群是什么樣的，”Apprill說(shuō)。“這種比較對(duì)于健康監(jiān)測(cè)和疾病檢測(cè)至關(guān)重要。”

它也可能證明對(duì)這些瀕臨滅絕的鯨魚(yú)的生存至關(guān)重要。駝背和北大西洋露脊鯨的過(guò)去一年特別困難。在過(guò)去的19個(gè)月中，大西洋沿岸至少有53只座頭鯨死亡，促使NOAA宣布“不尋常的死亡事件”。

北大西洋露脊鯨也宣布了一次不尋常的死亡事件。自4月中旬以來(lái)，至少有15只北大西洋露脊鯨死亡，現(xiàn)在人口不到450只。

超過(guò)一半的人在與船只發(fā)生碰撞或與漁具糾纏在一起時(shí)死亡。此外，氣候變化和海洋變暖可能正在減少和改變其主要食物來(lái)源的位置 - 稱為橈足類的小型甲殼類動(dòng)物 - 使一些露脊鯨營(yíng)養(yǎng)不良，繁殖能力下降。

“很少有方法可以從海上活體大型鯨魚(yú)那里收集有用的數(shù)據(jù)，”摩爾補(bǔ)充道。“這個(gè)工具有可能拓寬我們對(duì)大鯨健康的看法。”