亚洲 激情 小说 另类 欧美,无码在线播放一区,99 久久 国产 欧美,污视频网站在线观看二区

在一種約拇指大小的夏威夷短尾烏賊（bobtail squid，學名Euprymna scolopes）的腹部有一個兩腔發光器，里面充滿了被稱為費氏弧菌（Vibrio fischeri）的發光細菌。威斯康星大學麥迪遜分校的動物學家瑪格麗特·麥克福爾-恩蓋爾（Margaret McFall-Ngai）研究這兩種生物間的緊密關系已有26年了。她發現費氏弧菌戰勝了其他微生物，和自己唯一的宿主建立了忠誠的關系。它和烏賊的免疫系統相互作用，引導其生物鐘，并通過改變烏賊的身體影響其早期發育。

在過去的10年間，基因測序領域的技術發展使得科學家可以從人或其他動物體內辨別出數千億種微生物，并能夠發現這些微生物是如何幫助動物發育、消化甚至影響其行為的。現在，這些被統稱為微生物組學的研究已經成為生物學最熱門的領域之一，而麥克福爾-恩蓋爾在這一領域所作的開創性研究也為其打下了基礎。她對這種簡單共生關系的理解，有助于研究更復雜的微生物群落。

挑戰傳統

麥克福爾-恩蓋爾在研究生階段就被生物發光現象吸引。經同事介紹，她開始研究一種生活在夏威夷的烏賊。1989年，麥克福爾-恩蓋爾開始在南加利福尼亞大學自己的實驗室中飼養烏賊。她發現，烏賊與需要共生生物提供必需營養的動物不同，它們沒有費氏弧菌也能生存。這意味著麥克福爾-恩蓋爾可以分別飼養烏賊和費氏弧菌，介紹它們相識，然后觀察它們的首次“約會”。

麥克福爾-恩蓋爾團隊隨即開始著手分析烏賊-細菌共生關系中的各個方面。他們知道費氏弧菌在烏賊身上出現后的短短幾小時內就能形成群落，但這些細菌是如何進入烏賊發光器官的？海洋中有多于其數量1000倍的其他細菌，為什么只有費氏弧菌進入了烏賊體內？為了找到答案，麥克福爾-恩蓋爾仔細解剖了烏賊的發光器官，其合作者魯比則在細菌中植入熒光蛋白以借此追蹤細菌的運動。

兩位科學家發現，共生關系始于新生烏賊的腹部。內含黏液的、成行排列的纖毛可以產生一股吸引細菌接近的水流，當費氏弧菌接觸到烏賊時，便會改變烏賊一系列基因的表達。其中一些基因可以制造出數種抗菌物質，讓除費氏弧菌以外的大多數細菌難以生存。還有一些基因可以合成某種酶，能分解烏賊的黏液以產生吸引更多費氏弧菌的物質——殼二糖。因此這種微生物很快就占領了烏賊的纖毛區。

殼二糖還能刺激費氏弧菌，讓它們向烏賊發光器里的3個隱窩遷移。當到達目的地后，費氏弧菌會導致隱窩里的柱狀細胞長大、變密，并緊緊地將其包裹住。

2004年，麥克福爾-恩蓋爾團隊發現該細菌攜帶的兩種分子——肽聚糖和脂多糖是引發致這種變化的原因，這個發現出人意料。當時，這兩種化學物質貝克學界描述為病原相關分子模式（簡稱PAMP），它們會就迅速發展的感染向動物的免疫系統發出警報。麥克福爾-恩蓋爾將代表“病原體”的首字母“P”替換為代表微生物的首字母“M”，將其改成為MAMP。她提出，這些分子既可以引發有損健康的炎癥，也可以開始一段共生友誼。沒有它們，烏賊的發光器官永遠都不會成熟。

在麥克福爾-恩蓋爾看來，這些結果表明生物學中存在一種更為普遍的現象——影響動物成長的不僅只有基因組中的“建筑藍圖”，寄居在其體內的微生物也會發揮重要作用。其他科學家隨后證實了麥克福爾-恩蓋爾在1991年提出的這個概念。他們發現，從舌蠅到哺乳動物，許多動物的身體和免疫系統都必須接觸細菌才能充分發育——有時候，動物的身體是對相同的MAMP產生了反應。

生物學的新革命？

在麥克福爾-恩蓋爾和魯比教授的幾十個科學家中，有16人仍在研究烏賊和費氏弧菌的共生關系，并且都有了自己的實驗室。他們每年會組織一次帶有聚會性質的討論會，讓大家相聚于此分享自己的結果和計劃。

麥克福爾-恩蓋爾表示，自己和學生的工作才剛剛開始。她正在最近的一項研究中驗證一個進化理論。該理論認為有一些微生物會從宿主身上獲取利益，但不會提供任何回報。的確，一些不會發光的費氏弧菌有時也寄居在烏賊體內。麥克福爾-恩蓋爾團隊發現，烏賊能利用發光器官中的光敏蛋白從數百萬個發光的細菌中找到少數幾個不發光的細菌并選擇性地將其驅逐出去。研究這一問題將有助于解釋人類和其他脊椎動物管理復雜微生物組的方法。

研究團隊還發現，烏賊和費氏弧菌的關系會在一天之中有所變化，從而控制后者只在晚上發光。2013年，麥克福爾-恩蓋爾以前的學生伊麗莎白·希斯-赫克曼發現，費氏弧菌可以通過一個制造隱花色素蛋白的基因反過來影響烏賊的生物鐘。隱花色素蛋白是一類影響很多動物生物節律的蛋白質，通常會被環境中的光線激活，但希斯-赫克曼發現，烏賊的一個隱花色素基因會對費氏弧菌的藍光作出反應，進而增加蛋白質的合成量。

基于該研究，希斯-赫克曼的研究團隊預測人和微生物的相互作用可能也會隨著日夜交替變化——很快就有證據指向了這一預測。2014年，以色列的一個研究組發現人體腸道中有很多微生物的數量會在24小時起起落落，經常倒時差就會因打亂這一節奏而導致體重增加。

“這曾經是一個非常冷門的研究領域，” 麥克福爾-恩蓋爾說，“但它現在已經成為了前沿科學。人們也將逐漸意識到微生物才是宇宙的中心，這一領域也將蓬勃發展。”

本文由《環球科學》（《科學美國人》中文版）供稿，編者有刪改。

更多精彩！歡迎關注“科普中國-科技前沿大師談”官方微信（kjqydst）。