21 6 月, 2024

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世界上最具破坏性的软体动物

世界上最具破坏性的软体动物

新的研究表明,船蛆利用肠道中的共生微生物消化木材,这一发现推翻了以前的观念,并对生物技术和环境模型产生了重大影响。 贝尔法斯特码头桁架的横截面,里面充满了船舶虫洞。 图片来源:巴里·古德尔

揭开世界上最迷人和最具破坏性的软体动物的秘密可能会影响从气候变化到公共健康的方方面面。

它们迷惑了古希腊舰队,帮助击沉了克里斯托弗·哥伦布的船,帮助击沉了西班牙无敌舰队,并导致旧金山湾的码头倒塌入海,但直到现在,科学家们还无法确定船蛆(一种软体动物家族)是如何——能够造成这样的损害。 由马萨诸塞大学阿默斯特分校和普利茅斯大学共同领导的一个研究小组,以及缅因大学和马萨诸塞大学陈医学院的合作者,发现了一群共生微生物生活在一个被忽视的环境中。微生物的进化枝。 称为伤寒菌的消化道能够分泌消化木质素(木材中最坚硬的部分)所需的酶。

“船蛆是非常重要的动物,”最近发表在《科学》杂志上的这项研究的合著者罗宾·希普威 (Robin Shipway) 说。 国际生物降解与生物降解 他作为麻省大学阿默斯特分校博士后奖学金的一部分开始了这项工作。 “它们遍布世界各地的海洋,不仅改变了历史,而且还是生态系统工程师,在水生环境中的碳循环中发挥着重要作用。令人难以置信的是,我们尚未完全了解它们是如何做到这一点的。 ”

船蛆对木材的消化

木材是一种神奇的材料:柔韧而坚固,丝状但营养丰富的纤维素可以成为一顿美味的大餐,但仅限于那些能够消化它并穿透木质素层的生物体,木质素层是围绕身体的坚韧的盔甲状材料。 纤维素就像您最喜欢的零食周围令人愤怒的包装。 微生物学家早就知道,那些能够消化木质素的动物(例如白蚁)的肠道内有专门的共生微生物菌落,可以为它们分解木质素。 “长期以来,人们一直认为船蛆的消化系统几乎是无菌的,”主要作者巴里·古德尔(Barry Goodell)说,他是马萨诸塞大学阿默斯特分校最近退休的微生物学教授,也是缅因大学的名誉教授。

船蛆

船蛆实际上是一种软体动物,在世界各地的海洋中都有发现。 图片来源:Robin Shipway

那么船蛆是如何做这些事情的呢?

哥德尔和 Shipway 在过去十年中花了很多时间试图回答这个问题, 测试各种创新假设– 他们都没有透露船蛆的秘密。

“我们决定再次仔细观察船蛆的肠道,希望过去 100 年来的研究人员可能错过了一些东西,”古德尔说。

事实上,情况似乎确实如此。

事实证明,船蛆有一种奇怪的亚器官,称为伤寒——“它看起来像萨尔瓦多·达利的胡子倒置了,”Shipway 说——这是软体动物消化系统不可或缺的一部分。 之前的研究人员认为这是一个洗牌结构,但当古德尔和希普威做了一些仔细的培养工作后,他们随后转向阿贡国家实验室的宏基因组分析设施以及阿贡国家实验室先进的基因探针显微镜技术。 在麻省大学阿默斯特应用生命科学研究所,他们发现了几代研究人员忽视的东西:隐藏的共生细菌群体,能够产生木质素消化酶。

巴里·古德尔

巴里·古德尔(麻省大学阿默斯特分校)检查充满船虫洞的原木。 图片来源:巴里·古德尔

潜在应用和环境影响

这项研究不仅有助于解开一个长期存在的谜团,而且研究结果还可能具有重要的实际应用。 生物技术公司正在寻找能够比当前生物工业流程更有效地消化顽固底物的新酶,而能够解开生物质废物结构的新酶来源对于该领域的发展非常重要。 此外,先前的船蛆共生已被证明是天然产物的宝库,例如新型抗寄生虫抗生素,可能对人类健康产生重大影响。

在气候变化方面,此类研究可以帮助改进预测二氧化碳如何产生的模型2 温室气体和其他温室气体被释放到环境中,特别是陆地上的大量木质残骸最终进入海洋,其中大部分会通过船蛆的肠道。

终于又一个动物了 分类包括其他软体动物、常见的蚯蚓,甚至青蛙的蝌蚪阶段,也都拥有一种以前没有被彻底研究过的伤寒病。 如果在这些动物中发现与船蛆相似的共生体,它可能会改变我们对这些动物如何在世界上生存的理解。 “这非常令人满意,”古德尔谈到这项研究时说道。 “我们多年来一直试图解开这个谜团,终于发现了船蛆隐藏的细菌共生的秘密。”

参考文献:Barry Goodell、James Chambers 和 Doyle V 发表的《关于船蛆消化道微生物共生的第一份报告》; 沃德、塞西莉亚·墨菲、艾琳·布莱克、卢卡·邦吉·基库特·曼西利奥、加布里埃尔·佩雷斯·冈萨雷斯和 J. 罗宾·谢普威,2024 年 6 月 5 日, 国际生物降解与生物降解
DOI:10.1016/j.ibiod.2024.105816

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