“超有机体”我们不只是我们自己.docx

“超有机体”：我们不只是我们自己微生物进化 进化 微生物 微生物进化史 微生物学报 微生物学通报 微生物进化游戏 微生物学 中科院微生物所 微生物所 微生物之家近些年的研究已经证实，通常在人们认为属于“自己”的身体中，其实包含了数目约为人类细胞10倍之多的微生物细胞。一个人体内和体表的微生物总质量大概只有几磅重，然而要论起基因多样性，这些“搭车客”远超它们的宿主——它们所代表的基因量是人类基因的400倍。而且，在人类静脉里流淌的代谢物中有相当一部分也来自微生物。这样看来，微生物也是“人类”的一部分。纳什维尔市范德堡大学的塞斯·波登斯坦（Seth Bordenstein）和正在探究这些微生物是否已经与宿主亲密到变成了有机体的一部分——或者说，它们形成了所谓“超有机体”（metaorganism）。一些生物学家呼吁，考虑动物的演化时，应该将动物和动物体表和体内的微生物作为不可分割的整体进行考虑。图片来源：26名科学家去年2月份在《PNAS》上倡导针对动物-细菌相互作用的新思维，他们在其中用到了“生态系统”这个词。近期，有关细菌与其动物宿主之间关系的知识不断积累，这“正在从根本上转变我们对动物学的理解”，这些科学家宣称。在深海蛤蚌的鳃里、在多孔岩蕴含的地下水中，或者蚊子的生殖腺内，都可能生息繁衍着某种令人着迷的微生物。但若不能在实验室的培养皿中培养它，你也就无从了解它。所幸，基因组学的革新改变了这种状况。过去几年里，人们开发出的自动化系统已经能够以适当成本在样品中迅速确定几千种个体微生物的遗传特征。且看这一新技术揭示出了一个怎样的世界：芝加哥菲尔德自然史博物馆的科里·莫洛（Corrie Moreau）称，仅仅在来自4个龟蚁群落的19份样品中，他们就发现了445种无法纯培养、过去的基因技术也未能发现的细菌；8种细菌总是出现在蜜蜂和其他几种蜂类的内脏中，但迄今未在其他地方被观察到；臭虫则需要沃尔巴克氏体（Wolbachia）生活在其细胞内才能够存活。也许细菌还使得下列问题终于得到了解释：身属食肉目（Carnivora）的哺乳动物大熊猫，既没有食草动物那种用于食物发酵的粗大肠道，也没有特别的消化酶，却能够依赖每天12.5千克富含纤维的植物食料过活。这是因为大熊猫令人困惑的消化系统中充满了能够消化纤维素的细菌。与生俱来细菌对其宿主生命的影响从最初就开始了。比如对采采蝇来说，仅仅从母亲那里继承基因还是不够的。若没有继承到正确种类的细菌，幼虫便不会正常生长。雌性采采蝇每次在其相当于子宫的器官中孕育一枚受精卵。子宫中的腺体分泌一种状似牛奶的白色液体，其中富含脂肪和蛋白质。幼虫以此为食度过最早的三个幼虫阶段，长到和它的母亲差不多重，然后雌蝇才开始分娩。幼虫从母亲的“乳汁”中摄入了一种名为Wigglesworthia的杆菌。据耶鲁大学的布莱恩·维斯（Brian L. Weiss）说，这种细菌看上去就像个热狗。Wigglesworthia只能在采采蝇体内生存，而被除去了这种细菌的采采蝇则不会分娩。如果给雌蝇服用维生素B，无菌幼虫的生命便得以维持，维斯因而推断出Wigglesworthia在幼蝇发育过程中的作用。维斯和同事4月份在《PLOS Pathogens》上指出，被除菌的幼虫能够长大，但是发育不出正常的免疫系统，变成成蝇后也无法长出真正的肠内膜——肠内膜长不好可是个大问题，而且还不仅仅是对采采蝇而言——尽管它们以传播引起昏睡病的椎体虫著称，但在被喂食受感染血液的正常采采蝇中，只有1%到5%成为了携带者。然而因为缺少合适的细菌而肠壁单薄的采采蝇则有超过50%成为了携带者。采采蝇必须在妊娠期间感染特定的杆菌，才能够发育出正常的肠内膜（上图）。实验室中培养的无菌幼虫发育出了有缺陷的肠道（下图）和羸弱的免疫系统，这使它们更容易感染上引起昏睡病的寄生虫。图片来源：Weisset al.（2013）PLOS Pathogens 其他研究也找到了微生物在动物发育过程中作用的类似例证。雌性寄生蜂（Asobaratabida）需要一种沃尔巴克体（Wolbachia）菌株才能够产生蜂卵。而发育中的小鼠如果缺少一套标准的微生物，肠道中便无法长出正常的毛细血管。据瑞典的一个研究小组2011年报告称，年幼的小鼠幼崽甚至有赖于肠道菌群来实现脑的正常发育。在成长过程中缺少正常肠道微生物的老鼠在测试中表现得异乎寻常地活跃和大胆，它们的大脑构造似乎与喜阴怕光的胆小同类不同。而将肠道细菌重新植入无菌鼠体内，虽然对于大脑已经成熟的成年鼠来说为时已晚，但它们的后代则恢复了正常的警觉。波登斯坦说，多种生物中，母亲似乎都要为它们的幼崽做好微生物方面的准备。巨蛤需要微生物的帮助才能在深海热泉中生存，一些海绵和蟑螂的卵产下时便已经携带着细菌。臭虫产卵的时候，卵囊也随即沾上了妈妈富含细菌的粪便。幼