微生物組似乎無(wú)處不在：人類和許多其他物種依賴其內(nèi)臟的數(shù)十億微生物來(lái)幫助消化，代謝和其他功能?，F(xiàn)在，科羅拉多大學(xué)博爾德分校的科學(xué)家質(zhì)疑微生物組在動(dòng)物中普遍存在的想法。

與其他動(dòng)物相比，毛毛蟲在腸道中的細(xì)菌和真菌數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于其他動(dòng)物，除了偶爾引起疾病外，它們內(nèi)部的微生物似乎缺乏任何可識(shí)別的作用。令人驚訝的發(fā)現(xiàn)表明，這種不同的昆蟲可能不需要微生物，并可能導(dǎo)致關(guān)于動(dòng)物中常駐微生物群落的程度和作用的新發(fā)現(xiàn)。

該研究結(jié)果發(fā)表在今天的“美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊”上。

“在微生物組領(lǐng)域，人們普遍認(rèn)為所有動(dòng)物都有常駐微生物組，”CU Boulder生態(tài)與進(jìn)化生物學(xué)系博士生Tobin Hammer說(shuō)。“當(dāng)我開始這個(gè)項(xiàng)目時(shí)，我并沒(méi)有想到它會(huì)這樣。”

Hammer對(duì)微生物在毛蟲中的作用感到好奇。鱗翅目(Lepidoptera)有大約180,000種蝴蝶和飛蛾，經(jīng)過(guò)深入研究，但科學(xué)家們并不確定毛蟲是否有任何微生物伴侶。這種共生體在食草動(dòng)物中很常見。這往往需要幫助消化堅(jiān)韌的纖維植物。Hammer認(rèn)為草食性毛蟲也可能是細(xì)菌和真菌群落的寄主。

Hammer和他的合作者收集了科羅拉多州，亞利桑那州，新罕布什爾州，馬薩諸塞州和哥斯達(dá)黎加毛毛蟲的糞便樣本。他們從這些糞便中提取DNA，并從毛蟲咀嚼的植物葉子中提取DNA?？茖W(xué)家還使用其他動(dòng)物的糞便進(jìn)行比較，包括在野外和實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)的樣本。

與其他動(dòng)物相比，毛蟲的微生物數(shù)量減少了約50,000倍。如果人類腸道就像微生物豐富的雨林一樣，哈默說(shuō)，毛蟲的內(nèi)臟就像沙漠一樣。

科學(xué)家在毛蟲體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的大部分微生物DNA與植物葉片上發(fā)現(xiàn)的微生物相匹配，表明這些微生物大多是從周圍環(huán)境中攝取的。相比之下，其他動(dòng)物擁有的微生物群落遠(yuǎn)離其環(huán)境。

為了觀察毛蟲膽汁中的稀疏微生物是否起作用，科學(xué)家們進(jìn)行了第二次實(shí)驗(yàn)。他們用塑料袋飼養(yǎng)毛毛蟲，并用抗生素噴灑食物，以殺死生活在腸道內(nèi)的任何東西。抗生素喂養(yǎng)的毛蟲生長(zhǎng)并發(fā)育成為沒(méi)有任何障礙的成年人，似乎不受缺乏微生物的影響。在其他昆蟲中，類似的實(shí)驗(yàn)已導(dǎo)致發(fā)育不良和死亡。

“毛毛蟲的運(yùn)作方式與許多其他動(dòng)物的運(yùn)作方式截然不同，”哈默說(shuō)。

該研究表明，托管微生物組可能需要權(quán)衡利弊。微生物可以從宿主中提取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并且可以從盟友轉(zhuǎn)變?yōu)榧膊≡颉Ｋ麄冞€可以使他們的主人容易受到傷例如，如果毛蟲確實(shí)依賴于微生物，那么就有可能將特定殺蟲劑作用于作物抽穗毛蟲中的腸道共生體。毛毛蟲具有簡(jiǎn)單的連續(xù)進(jìn)食生活方式，可能根本無(wú)法從任何微生物中獲益。

雖然有證據(jù)表明蝴蝶比毛蟲有更多的微生物，但蝴蝶的益處仍然不明確。Hammer計(jì)劃在未來(lái)研究這種關(guān)系，并希望這些發(fā)現(xiàn)將導(dǎo)致更多獨(dú)特或缺乏微生物組的發(fā)現(xiàn)。他推測(cè)其他研究人員過(guò)去曾發(fā)現(xiàn)類似的結(jié)果，但沒(méi)有報(bào)告，認(rèn)為他們不準(zhǔn)確。

更廣泛地說(shuō)，該研究推動(dòng)科學(xué)家們考慮微生物組的成本和收益，以及為什么有機(jī)體可能采用微生物群落。

“我認(rèn)為這將鼓勵(lì)我們重新考慮這些動(dòng)物 - 微生物協(xié)會(huì)的真實(shí)多樣性，”哈默說(shuō)。