腸道菌群這麼熱，毛毛蟲卻說：那是啥？

原文以The curious case of the caterpillar s missing microbes為標題

發布在2017年5月18日的《自然》新聞上

原文作者：Erin Ross

一些昆蟲（或許還有一些脊椎動物）的腸道中並沒有永久性的微生物寄居者。

若沒有腸道微生物，包括人類在內的許多動物就無法健康生活。這些腸道內的居民能分解食物，幫助我們抗擊致病的微生物。但最新研究表明，包括毛蟲在內的一些物種不需要腸道微生物也能活得很好。研究這些共生細菌、真菌和其它微生物的科學家表示，腸道微生物組可能並沒有人們先前認為的那麼普遍。

通過測序一個通常用於鑒別微生物的基因，科羅拉多大學博爾德分校的演化生態學家Tobin Hammer研究了124種美洲野生食葉毛蟲的腸道微生物。Hammer和他的團隊在發表在bioRxiv伺服器上的一篇預印本中報告表示，他們並未發現「常住」微生物的蹤影；他所謂的常住微生物指的是與宿主共同演化的微生物群。

一些毛蟲，比如這隻君主斑蝶（Danaus plexippus）的幼蟲不需要人類腸道賴以運轉的各種微生物也能生活得很好。

Darlyne A. Murawski/National Geographic Creative

這是又一篇沒能在多種動物和昆蟲中找到腸道微生物組的論文；這類文獻雖然數量稀少，但正在不斷增長。Hammer說，之前研究者在發表這些論文時遇到了一些困難，或許是因為證明陰性結果難度較大。

傳統的觀點認為，奶牛等食草動物需要腸道微生物來分解植物細胞壁中的纖維。由於Hammer研究的毛蟲都是食葉的，他本以為它們會擁有複雜多樣的微生物組。

「但要記住一點：毛蟲並不是迷你奶牛，」Hammer說。科學家們研究大型食草動物的排泄物樣本後發現，這些動物的微生物DNA比植物DNA多得多。但對於毛蟲來說，情況似乎剛好相反。Hammer發現的少數幾種細菌和病毒似乎來自毛蟲的食物和環境。

他還檢驗了毛蟲的腸道微生物是否以某種方式對毛蟲的生存起到了幫助：他孵化了72隻在北美常見的煙草天蛾（Manduca sexta），並對毛蟲使用了不同劑量的抗生素，以殺死它們所攜帶的任何微生物。但這一處理對煙草天蛾的生存或健康都沒有產生影響。

意義重大

哈佛大學生態學家Melissa Whitaker研究的是毛蟲與細菌的關係，她表示過去的研究也表明毛蟲沒有微生物組。但這些研究只考察了寥寥幾個物種，而Hammer的研究包括了100多個物種。先前的研究也缺少有關毛蟲體內的微生物是否有益的實驗數據。綜合而言，Whitaker認為Hammer的研究意義重大。

「毛蟲是最大的食草生物群之一，」Whitaker說。據英國倫敦大學學院的一個研究項目估計，人們已知的毛蟲約有18萬種。「如果它們並不依賴於腸道細菌來幫助消化，那依靠的是什麼呢？」Whitaker說，「一定是一種截然不同的機制；這太吸引人了。」

Whitaker認為，比起在文獻中出現的頻率，與Hammer的研究類似的結果在現實中可能更為常見。「我覺得文獻中存在選擇偏差，」她說。研究者或許不願用陰性結果投稿，期刊也同樣不願發表這樣的結果。

這是一個熟悉的故事：Whitaker剛剛開始研究毛蟲的腸道細菌時，她堅信自己的數據或方法出錯了。但最終，毛蟲沒有腸道共生菌成為了明確的事實。

例外情況

其他科學家也有類似的經歷。Jon Sanders是加州大學聖迭戈分校的一位博士後，他研究的主題是細菌及其宿主的共同演化。在一項針對秘魯螞蟻的研究中，Sanders發現，一些地表物種似乎完全沒有腸道微生物組。經過一年半的評議，他的論文被拒了。最終，Sanders把論文發布在了bioRxiv伺服器上，現在，論文正在《綜合與比較生物學》（Integrative and Comparative Biology）期刊接受評議。

德國馬克斯·普朗克化學生態學研究所的昆蟲學家Matan Shelomi在研究食草昆蟲竹節蟲（Phasmatodea）的腸道微生物組上花費了多年時間。他發現，竹節蟲的腸道中沒有微生物。後來，他還發現了證據表明竹節蟲能利用其在演化初期從細菌那裡「偷」來的基因分解果膠——另一種可見於植物細胞壁的纖維。Shelomi的研究成果最終被發表了，但據他所說，他「在同行評議期間花費了許多時間，也進行了許多爭辯」。

一些脊椎動物也可能沒有腸道微生物組。「我曾經聽說有研究者在鳥類和魚類中也發現了類似現象，」Hammer說。他的研究包括了幾種脊椎動物的數據，以作為對照。一些動物，比如山羊，的確擁有腸道微生物組。但Hammer卻沒有在鵝或蝙蝠的排泄物中找到腸道微生物。

目前，只有少數幾篇已發表的研究指向無腸道微生物的物種。但Whitaker、Hammer、Shelomi和Sanders都認為，隨著人們開始尋找這樣的生物，未來研究者將會得到其它類似的新發現。

「作為一個學科，我們幾乎已經要宣布一切都與微生物組有關、每種生物都有微生物組了，」Whitaker說，「只用一個例外，這種假說就被完全推翻了。」

Naturedoi:10.1038/nature.2017.21955

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