生物体内丰富的微生物或许一直被低估,但其实至关重要,它们帮助将宿主分成不同的物种。
除去黄蜂体内的细菌,分出了杂交后代。
来自田纳西州纳什维尔的范德比尔特大学的塞斯·波登斯坦(Seth Bordenstein)和罗伯特·布鲁克(Robert Brucker)说,两种金小蜂(Nasonia giraulti和N.vitripennis)相互之间保持距离,主要因为这两个物种杂交产生的雄性幼虫大部分都会死掉。生物学家们长期以来一直将这种高死亡率归咎于足以致命的DNA不相容性。不过,研究人员使用抗生素来杀死肠道细菌,挽救了许多曾被认为劫数难逃的杂交后代。波登斯坦在2013年6月23日的一次会议上公布了这一研究成果,并在2013年7月18日的《科学》杂志上刊登文章。在这项实验室研究中,经无菌处理的杂交幼虫与纯种的无菌幼虫的存活率相似。
在进一步的测试中,布鲁克从正常杂交幼虫体内分离出两种肠道细菌,并接种到经无菌处理的杂交幼虫体内。幼虫存活率骤然下跌。
来自芝加哥的费尔德自然历史博物馆的分类学家科里·莫罗(Corrie Moreau)说:“我从未料想过会这样,”她说,“这是我第一次听说微生物组在保持物种多样性方面起作用的充分证据。”
图片权利和来源(IMAGE CREDIT):Courtesy of R.M.Brucker
波登斯坦说,试验并不意味着遗传学在这些物种的相互分离方面无关紧要。但或许生物学家忽视了完整故事中关于微生物的这一部分。他说,两个物种或许并不仅仅因为基因变寄生性金小蜂(图中所示为雌性)在微生物的帮助下维持着它们的物种生殖屏障。
化而分离,也有可能是因为它们体内的微生物居民迥异。
为了明确这些微生物群体如何分化成两支,布鲁克和波登斯坦比较了4种金小蜂体内蓬勃生长的微生物的各类。研究人员用比较的结果绘制出一棵谱系进化树,其上所显示的亲缘关系信息与科学家们之前通过金小蜂基因推断出的亲缘关系一致。
微生物不相容导致的致命后果所分离的并非近期分化成两支的这一对不同种金小蜂,而是很久之前就在进化树上发生的两个分支。遗传学和微生物学的进化树均显示,与N.giraulti最近缘的亲戚是N.Longicornis。这两支近缘种在实验室进行繁殖的杂交后代大部分都不会死亡,而近期分化的这两支近缘种的无菌杂交后代与不除菌的后代在存活率上并没有明显差异。近期分化的这两支近缘种的遗传学和微生物学生殖屏障都比远古时期分化出的不同种之间的生殖屏障弱。
不过,金小蜂的遗传学和微生物学如何相互作用杀死杂交后代仍不十分清楚。波登斯坦指出,濒死的杂交后代幼虫颜色变深,就好像在分泌黑色素——这是一种常见的炎症反应。动物基因组的某些进化最快的部分正是与免疫系统相关,因此,或许基因分离物种最终的结果是欢迎或排斥不同的微生物群体。
波登斯坦说,本项研究提供了一个很好的理由来审视所谓的“全基因组”,即一个物种与其显微级别的微居民的全部DNA组合。他认为这一概念目前还有些争议,因为还没有大量研究能够表明宿主生物与微生物之间的组合何时起作用。审视DNA组合无疑扩大了功能基因的概念范畴。人类约有2万个基因,波登斯坦说,而人体内的微生物差不多能在此基础上增加800万个基因。