肠道微生物会影响我们的进化吗

科学家越来越意识到肠道和其他微生物对我们的健康和幸福的重要性，但加州大学伯克利分校的一位生物学家正在问这些微生物 - 我们的微生物群 - 是否也可能通过引导进化来塑造我们的身份。生物学家已经收集到证据表明动物和它们的共生体之间的相互依赖性 - 生物体内或体内的生物体，通常是细菌 - 对两者的进化都有影响。但加州大学伯克利分校综合生物学助理教授迈克尔·夏皮拉认为，我们所拥有的各种微生物群落具有更深远的影响，在生存的密切合作中显着加剧了进化。

在一篇现已在线发表并计划于7月出版的“ 生态学与进化趋势 ”杂志上发表的论文中，Shapira研究了线虫C. elegans 的肠道微生物，回顾了证明微生物如何影响和促进宿主进化的证据。通过与主人一起演变，或在关键时刻踩踏，帮助主人适应新的环境挑战。

他说，这些例子支持了相对近期的全基因组概念，这一术语指的是宿主及其微生物的基因组，它们可能包括皮肤，肠道甚至生殖器官中的数千种不同类型的细菌。在他最近的论文中，Shapira详细阐述了特拉维夫大学研究人员2008年的一项提议，即进化可以作用于全基因组，而不是分别对宿主及其微生物群的基因组起作用。这意味着随着宿主的发展以适应不断变化的环境，其微生物群在指导和参与这种进化中发挥着关键作用。“当我看到Ilana Zilber-Rosenberg和Eugene Rosenberg描述全息基因概念的论文时，它引起了我的注意，”Shapira说道。“动物可以进行选择的想法不仅仅基于他们自己的基因组，而且还有更多的帮助，为之前无法想象的进化道路打开了大门。”

Shapira扩展了这个想法，包含了一些关于生物之间惊人的共生关系的最新发现，因为它们彼此依赖，它们终生联系在一起。

蚜虫和它们的肠道细菌

Shapira说，主机及其共生体的共同进化的例子就在我们身边。已经证明蚜虫依靠细菌提供蚜虫无法自己制造的必需氨基酸，并且不能从它们的饮食中轻易获得，而细菌 - 一组叫做Buchnera - 获得空间，并以树液衍生的糖的形式， 。

研究人员检查不同种类的蚜虫及其个体肠道细菌的基因，发现在进化过程中出现了新的蚜虫物种，这反映在昆虫的Buchnera共生体中的物种形成事件中。这表明两种物种的联系命运如何导致共同进化。但Buchnera并不孤单。随后的工作表明，蚜虫还含有其他共生体，这些共生体不太重要或依赖于它们的宿主，但仍然有助于昆虫在不断变化的环境中适应新的生态位。

Shapira一起表示，这些物种代表了一种基本的全基因组，具有基本的，共同进化的共生体，但也有一组微生物可用于灵活适应不断变化的环境。适应新的利基可能会导致人口分裂，孤立，并随后导致新物种的进化。这是共生体生命的关键结果，Shapira说，他认为涉及许多类型共生体的微生物代表了这种蚜虫 - 共生关系的扩展版本。在果蝇中进行的实验证明了这一点。当饲养不同类型的食物时，苍蝇会产生不同的肠道微生物群，可能更好地处理可用的食物。

然而，令人惊讶的结果是“在一代人中，苍蝇对自己的群体产生了配偶偏好，忽略了其他群体，而这取决于帮助他们利用食物的肠道中的微生物，”他说。“这导致两个种群事实上的生殖隔离，并可能促进未来的物种形成，即真正的生殖隔离 - 一种遗传障碍，阻止这两个群体的成员养育活的或可育的后代。”

线虫心烦意乱

在他自己的实验室里，他在富含不同类型产品的土壤上饲养线虫 - 例如含糖和纤维 - 并且发现无论食物来源和由此产生的环境微生物多样性，蠕虫都有相似的细菌集合。事实上，有32种类型。正如人类所见，平衡随着不同的食物而变化。例如，高脂肪饮食的人与纯素食者有不同的微生物群，但在人类中，识别核心微生物群要困难得多。

研究表明，这些肠道细菌有助于宿主生活的许多方面，包括发育，生育能力，新陈代谢，免疫力和行为。例如，不含微生物的小鼠不会形成强大的免疫系统，而线虫依赖一些肠道微生物来对抗坏虫。

在他的论文中，Shapira提出动物和一组核心细菌 - 或者一般来说，它的核心微生物群的宿主 - 一起进化，随着时间的推移适应不断变化的条件，并且随着时间的推移，可能成为新的物种。在我们的内脏中游动的其他细菌与我们的基本功能关系较少，但受到环境变化的影响，并且理想地用作帮助我们适应饮食或毒素的突然变化的资源。

在思考这些可能性时，Shapira从共生的各种例子中汲取灵感。例如，最近的一项实验表明，由于获得了一种将杀虫剂解毒的肠道微生物，一种昆虫，一种宽头臭虫，能够在农药暴露中存活下来 - 这对虫子来说是一个福音，但需要从微生物只在一种独特的情况下。

“在我看来，这是一个拥有灵活的微生物库的优势的一个例子。你可以与环境交换它们，你可以获得更好的保护自己的压力，”他说。“这是实现适应的一种方式。”

Shapira的提议也暗示，微生物群的某些部分 - 即核心微生物群 - 可能会传递给个人的孩子，但属于灵活池的其他部分可以与环境交换。宿主或微生物的变化改变了整个全基因组。

“随着人们越来越多地认识到所有动物实际上都与复杂的微生物群落存在共生关系，因此应该扩大考虑共生相互作用如何影响宿主进化的框架，”他说。

Shapira计划用秀丽隐杆线虫进行未来实验，以测试这些想法，并澄清宿主与其微生物之间的互利关系。