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有益的动物(科学好故事 - 与人类和动物共同进化的“有益微生物”)

微生物,珊瑚,细菌有益的动物(科学好故事 - 与人类和动物共同进化的“有益微生物”)

发布时间：2016-12-08加入收藏来源：互联网点击：

　　从技术上，粪便移植并不同于“有益微生物流行”，但其中所揭示的原理正是科学家认为可能导致有益微生物流行的原因，即原生微生物可以预防疾病，而调整这些微生物可以帮助人体抵御致命的感染。

　　从珊瑚到人类，动物是如何获取并培育它们的微生物群落的，仍然是一个谜。在一些动物中，微生物可能来自父母、同伴和所处的环境。不同的饮食也会影响微生物群，这意味着一个物种所承载的微生物具有一定的灵活性。另一方面，动物所分泌的黏液本身也会排斥一些微生物，同时选择性地为其他微生物提供食物。

　　哺乳动物分泌黏液的粘膜主要存在于体内，而珊瑚的内部和外部都会分泌黏液。不过，黏液的作用原理都是一样的。科学家发现，珊瑚黏液似乎能吸引并培养特定的微生物群落，其中可能就有致病性弧菌，但在正常温度下，其他微生物会抑制它。然而，当温度上升时，这些弧菌开始迅速繁殖，压倒了具有保护作用的共生菌。这时珊瑚疾病就出现了。

　　加勒比海的麋角珊瑚就曽出现“生态失调”（dysbiosis）：常态存在的微生物出现了不平衡。丘疹、酵母菌感染和蛀牙都是人类的人体“生态失调”导致疾病的例子。这些疾病不一定是由新出现的病原体引起的，而是来源于不断繁殖并伤害宿主的微生物。

　　罗森博格的珊瑚谜题最令人困惑的地方在于，这些珊瑚虫是如何获得能在更高温度下保护它们的新微生物的。有一些证据表明，这可能是一个“故意”的过程——这里并不是说细菌，而是藻类。

　　20世纪90年代，有科学家提出，珊瑚在白化过程中排出共生藻类之后，可能会获得更适应新环境的新藻类。罗森博格说：“这是一个美妙的假设。”在那之后的几年里，生物学家们在加勒比海观察到了类似的现象。

　　与珊瑚虫共生的藻类被称为虫黄藻，主要分为四种类型，以A至D命名。科学家注意到，通常情况下，一旦珊瑚从白化中恢复过来，最耐热的D型虫黄藻往往会占据主导地位。这种变化可能不是细菌所导致的，而是藻类共生体适应更高温度的一种表现。

　　为什么这些珊瑚没有一开始就具有耐热的D型虫黄藻？一种解释是拥有这一虫黄藻支系的珊瑚可能比拥有其他支系的珊瑚生长得更慢。在Orbicella珊瑚中，生长较慢、耐热的藻类在正常温度下会承受更高的代价：更容易受到侵蚀的影响。然而，在高温下，当其他虫黄藻支系开始衰竭时，D型虫黄藻的相对劣势就消失了。

　　随着海水温度的升高，D型虫黄藻似乎正在加勒比海的珊瑚中广泛传播。然而，这并不能帮助所有的珊瑚。许多特定的珊瑚不能将D型虫黄藻带进组织中。这意味着气候变暖可能会在短期内让大多数能够与D型虫黄藻共生的“普适性”珊瑚存活下来（从长期来看，世界各地的珊瑚都面临着海洋酸化的威胁，其后果可能会比气温上升更严重）。

　　在D型虫黄藻的故事中还有另一个转折。科学家分析了该支系的基因组，认为它是从一种原产于炎热、浅水和浑浊环境——靠近泰国的印度-太平洋地区——中的虫黄藻进化而来的。根据分析，帮助加勒比海的珊瑚生存下来的共生藻，其实是一个入侵物种。它们是怎么来到加勒比海的？原因可能是压舱水。

　　换言之，人类可能在无意中拯救了这些珊瑚。讽刺的是，这似乎是有益的，至少在短期内。

　　许多人认为，地球正在经历着第六次生物大灭绝，而这一次是由人类活动导致的。除了栖息地丧失和过度捕捞，另一个重要的挑战是各种变化发生的速度，从气候变暖到人类助长的病原体传播，以及入侵物种在世界各地的传播。生物学家担心，植物和动物的基因组无法跟上这些变化的步伐，不能迅速地做出改变。但也许，在某些情况下，它们的微生物可以。

　　致命的蛙壶菌已经使全球数百种两栖动物灭绝。科学家和环境保护主义者正在关注一种生活在内华达山脉的蛙类，其体内的特殊微生物往往使它们能在真菌感染中存活下来

　　能抵抗蛙壶菌的细菌

　　壶菌病是一种感染两栖动物的疾病，有时被比作“蛙类的艾滋病”，目前还不清楚导致壶菌病的真菌来自哪里。研究人员表示，导致壶菌病的蛙壶菌可能来自20世纪初出口到非洲南部、用于妊娠试验的蛙类，也可能来自亚洲的两栖动物或北美洲的牛蛙。

　　令人担忧的是，无论蛙壶菌的起源是什么，这种真菌近几十年来已经导致了有史以来最严重的野生动物死亡和灭绝事件之一。科学家仍不清楚蛙壶菌在全球范围内的确切传播途径，可能是通过鸟类，甚至可能通过降雨。目前，在大约7000种两栖动物中，有200种已经因壶菌病灭绝，还有500种饱受感染之苦。生态学和进化教授万斯·弗里登堡说：“对于一个病原体而言，这实在太多了。”

　　21世纪初，当弗里登堡注意到一些两栖动物在蛙壶菌的侵袭中幸存下来时，他立即意识到了其中的重要意义。他想知道，这些生活在加州内华达山脉的两栖动物与其他死亡的物种究竟有什么区别？

　　在佛罗里达州的一次会议上，弗里登堡发现了一条线索。一位名叫里德·哈里斯的生物学家做了一个关于蝾螈的报告。他提出的问题是，为什么有些物种将巢筑在一起，而另一些则独自筑巢？他在研究中发现了一个不寻常的解释：筑巢在一起的物种共享着微生物，而这些微生物不但不会致病，反而能保护它们的卵不受病原真菌的侵害。换句话说，它们之所以在一起，是为了分享有益的微生物。

　　在会议结束后，弗里登堡与哈里斯展开了合作。保护性的有益微生物似乎可以解释观察到的抗蛙壶菌现象。事实证明，抗壶菌病的蛙类——黄腿山蛙（Rana muscosa）——往往具有一种特别的微生物，称为淡紫色詹氏杆菌（Janthinobacterium lividum）。这种微生物能产生抗真菌的代谢产物，尽管并没有完全防止感染，但似乎抑制了蛙壶菌的过度生长。从本质上讲，淡紫色詹氏杆菌将潜在的病原体变成了无害的共生生物。

　　于是，一个奇怪的自然选择过程在内华达山脉上演。当蛙壶菌在山间肆虐时，携带这些微生物的个体往往存活了下来；壶菌病是根据蛙类的微生物对它们进行了选择，拥有某种微生物群落的两栖动物最终存活了下来。

　　当然，这并不是罗森博格在珊瑚研究中所描述的“有益微生物流行”。随着时间的推移，某种两栖类微生物群可能会占据主导地位，但尚不清楚黄腿山蛙是否在一个世代中获得了新的微生物。

　　问题是，弗里登堡能否故意地引发一场“有益微生物流行”？他能否通过加速已经自然发生的过程来拯救蛙类？

　　这是一个很诱人的想法，因为与注射到所有个体上的疫苗不同，微生物是可以自我繁殖的。理论上，一旦它们“附着”在一只青蛙身上，就会传播给其他青蛙。这样获得的抗蛙壶菌能力可能像疫苗一样具有传染性。

　　微生物可能会不受控制地传播，出于这一原因，接下来的研究需要非常谨慎。弗里登堡发现了一个尚未感染蛙壶菌的黄腿山蛙种群，从已经携带淡紫色詹氏杆菌的个体身上提取了这种细菌——这就排除了引入一种新疾病的可能性——然后在大桶中进行培养。

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