微生物对动物生长发育的影响

鹰哥爱写文 2024-03-13 21:19:54

《我包罗万象》作者:埃德·扬

​上一节,我们介绍了博物学家列文虎克和他发现微生物的经历。这一节,我们来看看微生物都能在动物的体内产生哪些影响。

通过细菌隐身的乌贼

我们先从一只乌贼开始讲起。在太平洋中,生活着一种夏威夷短尾乌贼,它们的体型只有差不多高尔夫球那么大。

与其他乌贼不同的是,这种乌贼有一个特殊的本领,那就是隐身。如果你站在装有夏威夷短尾乌贼的水族箱前,你很可能会误以为这是一个空的水族箱,哪怕是凑到跟前也难以用肉眼察觉到它们。

那么,这些短尾乌贼究竟是怎么做到隐身的呢?其实它本身的生物构造并不复杂,在它的身体底部有两个腔体,其中长满了一种叫作费氏弧菌的发光细菌,这种细菌可以投射出微光。在白天,这种微光会与自然光线融为一体,让短尾乌贼看上去就像隐身了一样。到了夜晚,微光又会和投射在海面上的月光融为一体,因此,短尾乌贼的捕食者就很难发现它们的身影了。

那么,这些会发光的费氏弧菌是怎么进入到短尾乌贼体内的呢?为了弄清其中的缘由,科学家把一批短尾乌贼带到了实验室里,让它们在实验室的封闭环境中繁育小乌贼,以此来揭开费氏弧菌和短尾乌贼之间的秘密。

科学家发现,乌贼幼体在出生的时候是不携带细菌的。但在短短的几个小时后,费氏弧菌就会进入乌贼幼体的体内。最开始的阶段,短尾乌贼会摆动起底部的纤毛,搅动周围的水流,从而吸附水中带有细菌的微小颗粒,这些细菌中就包括费氏弧菌。

当乌贼体内的费氏弧菌达到五个以后,乌贼基因中的计数器就会打开,基因会让乌贼释放一种化学物质,它能够杀死乌贼体内的其他细菌,但唯独对费氏弧菌是无害的。这样一来,乌贼体内就成了费氏弧菌的独享领地。与此同时,基因还会让乌贼分泌一种粘液,用来吸引更多的费氏弧菌。因此,尽管海水中有着数不清多的细菌,但短尾乌贼通过这样的方式和费氏弧菌达成了共生关系。

通过研究这种只有高尔夫球大小的乌贼,科学家揭示了一个重大的发现,那就是:特定的细菌共生可以诱导动物的发育,也就是说,微生物形塑了动物的身体。

用细菌交流信息的鬣狗

在大自然中,细菌共生几乎可以说是随处可见。在非洲大草原上,有一种常见的食肉动物——鬣狗。这些鬣狗总是成群结队的出现,一般的鬣狗族群大概在40到80只之间。不过,一个鬣狗族群也不是每分每秒都要待在一起的。通常而言,鬣狗族群会在捕食大型猎物时集合起来,而在休息的时候,则会随机分成大小不一的小群体,每个小群体的成员和数量都不固定,这样的小群体在一天之内就会不断地形成和解散好几次。

科学家对此感到十分困惑,因为鬣狗族群的这种现象实属罕见。我们知道,类似狮子和狼这样的食肉动物,虽然也习惯于结成族群,但它们从来都不把族群打散,哪怕是在休息的时候,它们也会紧紧地围在同一片区域里,如果其中有哪只或者哪几只狮子或者狼脱离队伍的话,它们就等于永久的脱离了族群。

事实上,的确有一种动物能够做到像鬣狗那样不断地组队再拆散,再组队再拆散,这种动物就是我们人类。不过。人类的这种合作能力是建立在语言基础上的,我们可以通过沟通来实现社交,达成合作。

那么,那些不会开口说话的鬣狗们,又是怎么做到像我们人类这样实现复杂社交的呢?其实,答案同样存在于微生物之中。

在鬣狗的“社会”里,它们有一整套交流信号,除了简单的肢体动作和叫声信号外,还包括重要的化学信号。在释放化学信号时,鬣狗会蹲坐在草地上,屁股在草杆上蹭来蹭去,来刺激它尾部的臭腺分泌一种黏稠的膏状物,附着在草杆上。鬣狗就是通过分泌这种膏状物来传递信息的。

而且,根据不同的需要,鬣狗会分泌出不同颜色的膏状物,有黑色的、橙色的、白色的等等,这些膏状物可能黏稠如泥浆,也可能像水一样稀,而闻上去呢,它们有时像发霉的食物一样臭,有时又像奶酪一样发酸,有的时候还会带一点淡淡的肥皂味。

科学家从被麻醉后的鬣狗的臭腺里收集到了73种不同的膏状物,而这些膏状物都是由各种微生物参与生成的,当鬣狗需要发布信息时,就会调动相应的微生物,产生并排放相应的膏状物。科学家对更多的鬣狗进行了臭腺采样工作,结果发现,每只鬣狗所携带的膏状物也有细微的差别,这些膏状物就像是一张名片,能够传递出鬣狗的年龄、性别、健康状况,以及是否做好了交配准备等等。换句话说,鬣狗释放膏状物的时候,不仅在给同类留下信息,还告诉同类这些信息是谁留下的。

鬣狗正是通过释放这种颜色、浓度和气味各不相同的膏状物,实现了族群之间的复杂交流。事实上,除了鬣狗,诸如臭鼬、老鼠、蝙蝠等其他哺乳动物身上,也有类似用臭腺或尿液释放信息的现象,而它们释放的化学物质全都是依靠微生物形成的。

细菌能治疗心理疾病

好,在了解完微生物对自然中动物们的影响以后,让我们把视线拉回到人类身上。

我们知道,肠道微生物对我们的消化起到了至关重要的作用。科学家最新的研究还发现,肠道细菌很可能还会影响我们的情绪,甚至和人的心理疾病息息相关。

科学家的这一发现,首先来自自闭症儿童。自闭症是一种由脑部发育障碍所引发的疾病,患有自闭症的儿童往往伴随有交流障碍、明显的重复性动作等特征。医学专家认为,母亲的免疫反应可能是引发儿童自闭症的原因之一。比如感染流感或麻疹的孕妇,她生育的孩子就会有比较高的患有自闭症的风险,但专家们一直没搞清母亲的免疫反应究竟是如何对孩子的大脑发育产生影响的。

几年后,两位名叫帕特森和马兹马尼亚的科学家偶然注意到一个数据,那就是患有自闭症的儿童往往更容易出现腹泻等肠胃功能紊乱的问题。于是,他们开始对自闭症儿童的肠道展开研究,结果很是惊人,自闭症儿童的肠道微生物群落和正常儿童的很不一样。

在自闭症儿童的肠道中,存在一种特殊的微生物,这种微生物会释放一种名叫4-乙基苯基硫酸盐的毒素,这种毒素会借由肠道渗透进血液中,再进入大脑,从而引发不良症状。也就是说,这种生产4-乙基苯基硫酸盐的微生物,是引发儿童患上自闭症的主要推手。而孕妇如果出现过免疫反应,生产的婴儿就会有一定概率出现肠道病症,导致肠道微生物群落发生改变,进而让上面提到的那种特殊微生物有机可乘,引发自闭症。

至此,关于自闭症的患病原因,终于真相大白。

在这一研究的基础上,科学家开始着手开发一种细菌,可以让自闭症患者在服用以后缓解病症。虽然这一开发工作还在漫长的实验阶段,但是很多参与实验的自闭症儿童都表现出了明显的改善。

事实上,我们每个人的大脑都和肠道有着非常紧密的联系,比如,一个人压力很大的时候,往往会没有胃口吃东西,有的人感到饥饿的时候,情绪容易变得更不耐烦。这种关联其实是双向的,就像前面提到的自闭症那样,当自闭症儿童的肠道微生物发生改变时,自闭症表现会明显减弱,而如果肠道微生物变化发生在一个感到焦虑、抑郁的人身上,他的情绪也会随之变化。

目前,有一些食品公司已经开始在食品中加入双歧杆菌等益生菌,来减少抑郁症患者的症状。这种微生物治疗法虽然还不能代替主流的医学疗法,去治疗那些严重的抑郁症,但它可以被当作一种温和、辅助的治疗手段,毕竟,微生物的副作用要比抗抑郁药物小很多,价格也更便宜。

细菌也会“厌男”

此外,在当前的医学研究中,科学家们还发现了一个有趣的现象:微生物在动物体内发挥作用的同时,它们似乎也有着自己的想法。比如,一种名叫沃尔巴克氏体的细菌,就有着明显的“厌男”倾向。这又是怎么一回事呢?

起初,科学家是在黄蜂身上发现了沃尔巴克氏体的“厌男”倾向。他们观察到,在自然界里,有些黄蜂族群通过异性交配来繁衍后代,而另外一些黄蜂族群则全部由雌性组成,通过克隆繁殖,俨然就是一个黄蜂世界里的女儿国。在对这些黄蜂进行对比研究后,科学家很快发现,那些通过克隆繁殖的雌性黄蜂群,无一例外都携带着沃尔巴克氏体。更有意思的是,当科学家利用抗生素,把黄蜂体内的沃尔巴克氏体杀死后,雄性黄蜂又突然出现了,黄蜂群又恢复了异性交配的繁衍方式。

那么,沃尔巴克氏体究竟是如何做到这种神奇的转变的呢?其实,这和它所采取的生存策略有关。沃尔巴克氏体只能通过动物的卵来把自己传递给下一代宿主,所以,它演化出了许多对付雄性宿主的方法,有时它会直接杀死雄性宿主,有时会让雄性宿主丧失生育能力,有时沃尔巴克氏体允许雄性生存和交配,但不让它们的精子对卵子受精,除非对方也是受感染的雌性。

除了这些“厌男”手段,沃尔巴克氏体还很擅长照顾自己的雌性宿主。比如,当它寄宿在床虱体内时,它会为床虱补充维生素B,让床虱发育得更好。再比如,寄宿在斑幕潜叶蛾体内的沃尔巴克氏体,能够释放出一种激素,减缓周围叶片变黄枯萎的速度,从而给幼虫创造出更多的时间,来羽化成蛾。

总之,沃尔巴克氏体是一种多面的微生物,它们能根据宿主的自身条件和所处环境,来提高宿主的生存概率。当然,对于不能帮助它们传递后代的雄性宿主,它们也从不手软。

不过,在微生物的世界里,并不存在善良与邪恶的概念,一切都仅仅是为了生存,它们有时能给我们的生活带来积极的影响,有时也会给整个世界制造巨大的麻烦。关键在于,我们人类选择如何与微生物相处。

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