沒有腸道微生物並不能阻止它們成為吃貨

眾所周知，包括人類在內的許多動物，如果沒有體內的微生物，就不能過健康的生活。這些腸道居民分解食物並幫助擊退致病微生物。但 最新的研究表明，一些物種，例如毛毛蟲，沒有它們卻可以生活的很好。這與一些研究過真菌和其他微生物等共生細菌的科學家所提出的「腸道微生物普遍存」在的 理論假設正好相反……

美國科羅拉多大學的進化生態學家Tobin Hammer對野生的124條美洲食葉毛蟲進行了腸道微生物的測序研究，沒有發現任何一種已知的腸道內生菌存在。

方法

採樣：煙草天蛾（以下簡稱毛蟲）幼蟲糞便樣本，植物葉表面微生物樣本。

測序：提取DNA，PCR擴增16S rRNA基因擴增和測序V4-V5區域在Illumina Miseq。

抗菌實驗：0-1.68毫克每毫升蒸餾水抗生素處理（利福平、四環素、鏈黴素的比例為1:2:4）。

傳統觀點認為，食草動物，比如牛，需要腸道微生物來分解植物細胞壁中的纖維。因為Hammer所研究的所有毛蟲都吃樹葉，所以認為它們體內也存在複雜多樣的微生物。

然 而事實卻恰好相反，他們比較了大型食草動物與毛蟲的糞便樣本，發現：大型食草動物糞便中微生物DNA比植物DNA多得多；這與毛毛蟲相反，但仔細想想卻也 在情理之中，因為Hammer發現昆蟲的食物和所生活的環境中幾乎很少存在細菌或病毒。為例進一步驗證「毛蟲沒有腸道微生物也能很好的進行消化功能」的假 設，研究人員對72隻剛孵化的煙草天蛾幼蟲進行了不同水平的抗生素處理，殺滅幼蟲體內的所有微生物，結果被處理的天蛾幼蟲的健康或生存沒有表現出任何影 響。

統計學分析

細菌密度的比較

下 圖A）展示了毛蟲糞便樣本中細菌16S rRNA基因的拷貝數（相對昆蟲而言）。植物DNA序列占的比例，昆蟲和其他動物體內功能微生物的種內變異，黑色虛線表示中位數，也反映了橫向波動；B） 植物葉綠體或線粒體的序列比例16S rRNA基因（N = 123毛毛蟲，其他21草食動物）；C）所有同種個體中的核心型序列的比例。包括至少三重複的物種和>100的細菌序列（N = 7毛毛蟲，其他19個動物）。中位數處的點代表核心序列的大小，error bar顯示四分線的距範圍。

毛蟲糞便樣品中的微生物組成和丰度

以 所食用的葉片樣品做對照，A）16個毛蟲糞便樣本中的16S rRNA gene拷貝數，對照組為所食用的葉片樣品中提取的16S rRNA gene拷貝數，平行線表明兩個樣本之間的植物和糞便細菌丰度之間的關聯；B）beta 多樣性 (Bray-Curtis dissimilarity metric)相關性。（n = 24毛蟲糞便，19種植物；每26個其他動物）。為方便的可視化這裡只顯示>2000個序列的樣本。

抗生素處理後

依次增加抗生素混合物濃度，噴洒在要用於餵養毛蟲的葉片上，並不會降低毛蟲的生長（n = 62）。雌雄個體分開測定化蛹後六天鮮重，蛹重與成蟲繁殖力密切相關，常被用作昆蟲適健康程度的指標。

從 事毛毛蟲和細菌之間的關係研究的哈佛大學生態學家Melissa Whitaker早前就提出過「毛蟲體內沒有內共生微生物」的發現，只是當時的只對少數物種進行了研究，並且缺乏關於微生物在毛蟲體內對其是否有益的實驗 數據，而現在Hammer的研究發現超過100種物種，並且提供了大量數據證明，兩者結合，基本確定了將「毛蟲體內沒有內共生微生物」這一發現的主要功勞 歸於Hammer團隊。

要知道，迄今為止發現的毛蟲大約180,000種，毛蟲是無疑是最大的食草群體之一，如果他們不依靠細菌分解腸道中的食無，他們依靠什麼幫助他們的飲食？

其他研究者也有類似的經歷，Jon Sanders在加利福尼亞大學讀博士後期間研究微生物與宿主的協同進化。在針對秘魯螞蟻的研究中他發現一些地面居住的物種幾乎沒有腸道微生物，遺憾的是他的論文在審查前花了一年半的時間才被拒絕。

Entomologist Matan Shelomi 德國耶拿馬克斯普朗克化學生態學研究所研究人員，花了數年時間研究草食竹節蟲腸道菌群（目）。發現「昆蟲腸道中不存在微生物」，隨後又發現竹節蟲能夠分解 植物細胞壁中的果膠，這是因為昆蟲早期進化過程中從細菌中」竊取「了分解果膠（或纖維）的基因，這一發現在經過大量的驗證工作和激烈的爭論後最終得以發 表。

後來，有一些從事鳥類和魚類的類似問題的研究人員說「一些脊椎動物的腸道微生物也缺乏」。Hammer進行研究時也用了幾個脊椎動物物種的數據作為對照。一些脊椎動物糞便中只有很少的微生物，比如山羊，有一個腸道微生物，在鵝和蝙蝠的糞便沒有發現腸道微生物。

這個發現似乎與我們以往的認知不同，好像為我們打開了另一個探的窗口，會有越來越多的人加入進來，為解開這一發現注入源源不斷的動力。

參考文獻

1.Hammer T J, Janzen D H, Hallwachs W, et al. Caterpillars lack a resident gut microbiome[J]. bioRxiv, 2017: 132522.

2.Doolittle R F. Biodiversity: microbial genomes multiply[J]. Nature, 2002, 416(6882): 697-700.

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