生命第53集:昆虫养殖者和催产素

我们依靠我们的微生物群，生活在我们身上的细菌群，来保持我们的健康。它们帮助我们消化我们的晚餐;它们将其他致病微生物拒之门外;它们甚至可以制造我们无法制造的分子，这些分子在我们身体的许多器官中起着重要作用，甚至包括大脑。哥本哈根大学的库斯·布姆斯马向克里斯·史密斯解释说，一些昆虫走得更远，与它们的微生物乘客发展了更密切的关系……

这个研究是关于生长真菌的蚂蚁;它们非常特别:它们在地下花园种植自己的食物，这些食物几乎是它们的全部食物。这些蚂蚁已经存在很长时间了。它们是在恐龙灭绝后不久出现的。所以我们要做的就是观察生活在它们内脏里的细菌。我们关注的是一种叫做mollicutes的细菌:没有细胞壁的微小细菌。它们通常被认为是病原体，但这对我们来说没有意义，因为一只蚂蚁体内通常有数百万个看起来从未生病的蚂蚁。所以我们决定对其中的两个基因组进行测序，因为如果你有了这个，你通常可以推断出很多关于功能的信息。

Chris:那么你可以开始问问题了，这些细菌是什么，它们可能来自哪里?

库斯-是的。所以我们有两个背景资料来源。一是互联网上实际上有很多类似细菌的基因组序列，这些细菌只是生活在其他昆虫体内。所以一旦你有了基因组，你就可以开始进行这些比较。另一个机会是试着看看它们最近的亲戚是什么，这给了我们一些非常有趣的线索，告诉我们它们可能来自哪里。结果是，我们最终测序的两种细菌有着非常不同的起源，尽管它们属于同一组细菌;其中一种基本上在所有种植真菌的蚂蚁中都能找到，而另一种只存在于切叶蚁中。有趣的是，它可能有一个近亲，实际上是一种生活在植物叶子里的共生体，这很有趣，因为切叶蚁实际上是为了给它们的真菌花园施肥而割叶的。

克里斯:那么你的假设是，在历史上，当这些蚂蚁最初进化的时候，它们捕食植物，或者与植物相互作用，它们通过这种途径获得了这些或非常相似的细菌家族成员，然后它们就把它们纳入了自己的微生物群中?

是的，这就是它的样子。它们实际上控制着微生物群。我们发现这些细菌有分解几丁质的特殊能力，几丁质在真菌的细胞壁中很常见，这就是蚂蚁吃的东西。我们发现的另外两件重要的事情是，这两种共生体都处理一种氨基酸:精氨酸。最后，还有分解柠檬酸盐的重要功能。

Chris -先给我们讲讲精氨酸吧;为什么这很重要，精氨酸从何而来?

精氨酸是一种含氮最多的氨基酸氮总是很重要的因为它是制造蛋白质所需要的。氮通常是一种限制生长的物质。这种共生关系的一个标志是，当蚁群完全依赖于种植真菌作为食物时，基本上这个标志就是蚂蚁失去了合成精氨酸的能力，因为真菌提供了大量的精氨酸。因此，这种聪明的共生交换可能隐含的唯一挑战是，你以后可能会得到太多，当你在上面排便时，你不能把一个复杂的氨基酸交还给你的真菌花园，因为蚂蚁就是这样做的，它们用自己的粪便给真菌花园施肥，如果他能先把它交还给氨，这实际上是非常聪明的;而这似乎正是这些细菌——这些分子——提供给蚂蚁的东西。

克里斯:那另外两个函数呢?

几丁质被分解的事实似乎是显而易见的，因为如果你只吃真菌，那么真菌细胞壁的物质就很难被消化。所以如果你的肠道里有一个细菌共生体为你做这些，这似乎是一个相当聪明的收购。最后一种是柠檬酸盐，这种功能只存在于切叶蚁共生体中，而不存在于所有真菌种植者普遍使用的另一种共生体中。当你开始切新鲜树叶时，你通常会在汁液中发现柠檬酸盐，切叶蚁基本上是在吸收——而且它们可能无法真正利用——直到有一种细菌共生体帮助它们这样做。进化程度较低的真菌种植者不剪新鲜的叶子——他们靠把死去的植物材料放在真菌园里为生——所以他们不一定需要细菌共生体来处理柠檬酸盐。

克里斯:蚂蚁是幼虫时获得共生体的吗?所以当他们被工人喂养和养育的时候是他们捡起它的时候吗?

三星——是的,我们已经能够重现,当皇后发现新的殖民地他们显然会有一些molecutes,然后任何新的蚂蚁从蛹孵化的殖民地将由她姐姐和获得美联储补充molecutes接种,然后基本上意味着她在自己的身体可以管理共生有机体就需要一个最优的农民真菌花园……

20世纪下半叶，研究人员在太平洋海底发现了丰富的矿产资源。但在5公里以下的地方，很难进入，这就是为什么它们基本上没有受到影响。但随着全球原材料价格的上涨，这些更深层次的矿藏看起来越来越诱人。除了深度之外，另一个问题是这些沉积物位于一个极其丰富的动物生态系统中，而我们对这个生态系统几乎一无所知，主要原因与我们没有触及矿物质的原因相同。但在淘金热开始之前，阿德里安·格洛弗希望看到一些基础科学得到完成……

阿德里安:这确实是一个了不起的故事，这是人类第一次尝试探索海洋，特别是公海，寻找钴、铜、镍等金属的矿产资源，这些金属一直都很有价值，但现在价值更高了。我们现在生活在这样一个时代，公司、承包商、工业都有兴趣探索我们的公海，收集这些矿物。它开始于20世纪60年代中期，约翰·梅洛，一位地质学家，出版了一本了不起的书，这本书在某种程度上号召工业界开始探索特别是在太平洋中部的一个地方那里有土豆大小的矿物堆积——锰结核;从一开始这就是一项地质事业:我们能否提取并开采这些矿物，并利用它们为地面采矿提供另一种资源。现在它是主要的勘探活动，也可能是一个主要的环境问题。

为什么这是一个主要的环境问题?

阿德里安:我们深海的一个独特之处在于它们拥有丰富的生物多样性。深海是一个非凡的环境。当然，那里非常寒冷，非常黑暗，非常深，与表层海洋分离——我们这里说的是在4000到5000米深处开采矿物。但是多样性是非常高的。我们不知道为什么。我们知道，在某些情况下，它可以与热带大陆架环境相媲美，但可悲的是，我们真正面临的问题是缺乏对这些动物的实际描述。值得注意的是，这确实减缓了对环境影响进行评估的进程。

克里斯:我内心愤世嫉俗的一面是想知道那里是否有如此非凡的生物多样性，因为我们还没有到破坏它的地步?

阿德里安:从某种程度上说，这是一个令人惊叹的荒野地区。我们的深海深海平原几乎占了地球表面的一半。如果你把水拿走，海洋的平均深度大约是三千八百米。人类基本上没有接触过。有一些基本的过程。我不想说这是因为没有人类的影响，但有一些基本的和显著的过程维持了这种多样性，我们仍然没有真正理解。但这是一个独特的环境，我们正试图理解这一点，而理解这一点的关键实际上是分类群的特定信息。我的意思是，那里有什么动物。它看起来像什么?它与什么关系最密切? What's its evolutionary origin? What kind of ecological role does it play in environment? We're talking about invertebrates mostly; there are vertebrates - fish - down in these environments as well. Nothing is known about them.

Chris -那么你是在主张在我们允许进一步开发这一地区之前，我们应该强烈主张我们应该去对它进行适当的研究，这样我们就知道我们可能会扰乱哪些苹果，同时也知道如何将我们的影响降到最低?

阿德里安:我认为公平地说，每个人都在提倡这一点，我的意思是，从监管机构的角度来看，公海国际海底管理局，参与的承包商，参与的政府。在这个时代，我还没见过有人说我们应该不顾对环境造成的后果，直接进入战场。我所主张的是，我们在这个过程中错过了一个相当重要的步骤，那就是描述这些环境中生物多样性的分类工作。这是一个很大的挑战。我们正在观察大量的动物——在黑暗的环境中没有植物——所有的动物都没有被描述过，我们需要对它们有所了解。我不认为这是不可能完成的任务。我认为，在5年的时间尺度上，你可能会从一个环境中描述出1000个新物种，比如太平洋中部的采矿承包地区。这个问题越来越受到监管机构、承包商和相关政府的关注，他们以这样或那样的方式为这项研究提供资金……

克里斯-谁来资助艾德里安?你认为这应该作为附加费加进去吗?“如果你想开发这种环境，在你被允许这样做之前，首先要做的是你必须资助一个研究探险队，去对你想探索的地区的东西进行编目和分类。”

阿德里安:公平地说，监管机构和政府支持的监管机构目前确实声明，因此监管规定只允许勘探活动。需要收集基线数据。成本非常非常高，我认为政府有责任提供帮助，你知道，如果他们真的希望看到行业以可持续的方式向前发展。他们也需要帮助研究，特别是在非常基础的层面上。

Chris -你有没有和那些不同的利益相关者，行业政府，那些你所倡导的人进行过对话，看看他们对这个论点的接受程度如何?

艾德里安，我认为他们是乐于接受的，而且我认为这种情况正在改变。我想我在这篇文章中试图提出的论点是一种更微妙的论点，而不是我们只需要在我们到达那里之前知道更多的东西，这是几十年来每个人都在从几乎每个论点的角度说的，这里有一些非常具体的建议，这是一个可以实现的目标。分类学工作的有趣之处在于你不需要一遍又一遍地做。一旦你描述了动物群，并对它们有了合理的处理，工作就完成了，然后我们可以继续前进!这项工作可以转移到那些专家身上，例如，随着时间的推移监测地点;你知道，像我这样的人以及研究系统中最基本的生物多样性的团体我们可以转移到其他事情上。我认为争论中忽略了这一点，这也是我想发表这篇文章的原因之一。海床作者的同事们和监管机构都非常欢迎。这正是他们在这场争论中所需要的那种建议，从那种挥舞着手臂的科学论点，即我们在做任何事情之前需要知道一切，到听到一些非常具体的建议，关于如何解决这种特殊的生物多样性僵局。