蓝藻毒素保护小湖泊居民免受寄生虫的侵害

每年夏天困扰西伊利湖的蓝藻大量繁殖都是一种难看的滋扰和潜在的公共健康危害，产生的肝毒素可能对人类及其宠物有害。但根据密歇根大学生态学家的一项新研究，蓝藻开花产生的毒素也可能对摄取它们的沙粒大小的湖泊动物产生保护作用，就像马利筋植物中的毒素可以保护帝王蝶免受寄生虫侵害一样。

这项基于实验室的研究表明，被称为水蚤(Daphnia)的小型虾类淡水甲壳类动物可以通过消耗由形成蓝藻的蓝藻产生的毒素来获得真菌寄生虫的保护。水蚤通常被称为水蚤，在淡水食物网中起着关键作用，是许多鱼类的重要食物来源。

密歇根大学的研究人员计划进行后续研究，看看他们在实验室中观察到的保护作用是否也发生在湖泊中。他们还将探索开发人用抗真菌药物的潜力。

该研究计划于1月15日在“ 皇家学会学报”B期刊上发表。第一作者是KristelSánchez，她在UM生态学和进化生物学系的硕士论文中完成了这项工作。共同作者包括她的教师顾问，UM生态学家Mark Hunter和Meghan Duffy。

“这篇论文表明，生活在密歇根湖泊中的水蚤可以通过形成蓝藻的毒素中的毒素获得真菌寄生虫的保护，”亨特说，他在密歇根大学生物站研究了十多年的君主。“这是一种奇特的水生平行的君主蝴蝶，它们从马利筋中的毒素中获得了寄生虫的保护。它表明动物药物可能比我们想象的更为常见，延伸到水生境界。”

几十年前人们就知道，黑猩猩这样的动物会寻找治疗疾病的药草。近年来，动物药剂师的名单已经增长了很长时间，现在似乎动物“自我药疗”的实践比科学家以前所知的要广泛得多。但大多数关于动物自我药疗的研究都集中在陆地生态系统上。关于动物的饮食如何作为水生系统药物来源的知识相对较少。

需要明确的是，目前的研究并未表明水蚤在野外是自我治疗的。为了证明自我药疗，研究人员必须证明水蚤优先饲喂产生毒素的蓝细菌和藻类，以降低其疾病风险。研究人员将在研究的下一阶段寻找这种选择性觅食的证据。

但目前的研究确实为水蚤消耗的植物毒素的保护性提供了有力的证据。“真菌病原体对作物，野生动植物甚至人类都有破坏性影响，”达菲说。“对我来说，打击那些化合物的化合物可能位于我们当地湖泊表面之下的想法真是令人兴奋。”

Sánchez在实验室饲养了北美湖泊中常见食草动物Daphnia dentifera，并为8种绿藻或蓝藻(以前称为蓝绿藻)中的一种喂养个体。在野外，水蚤以漂浮在水柱中的藻类和细菌为食; 它们是一群被称为浮游动物食草动物的小型水生动物的一部分。

使用了5种绿藻和3种蓝藻，它们的营养价值和毒素产量不同。与产生毒素的蓝藻相比，绿藻对水蚤的营养更有营养价值。

研究中使用的蓝藻包括一种微囊藻，一组常见的菌落形成蓝藻，主要归咎于伊利湖一年一度的夏季开花。一些微囊藻物种产生称为微囊藻毒素的肝毒素。在她的实验中，Sánchez将纯微囊藻毒素添加到一些微囊藻培养物中，以接近在蓝藻水华期间常见的毒素水平。

然后，UM研究中的实验室培养的水蚤暴露于一种常见的真菌寄生虫和一种常见的细菌寄生虫。在野外，水蚤通过消耗水中的寄生虫孢子而感染。研究人员发现，饮食对真菌寄生虫的感染率有显着影响，但对细菌寄生虫没有影响。两种蓝藻饮食 - 包括将纯微囊藻毒素加入含有微囊藻培养物的烧杯中的饮食处理 - 完全防止了真菌感染。单独的微囊藻的饮食，没有额外的微囊藻毒素，导致非常低水平的真菌感染。

当水蚤喂养绿藻小球藻时，也完全防止了真菌感染。总之，九种饮食治疗中有四种显示出抗真菌活性的强有力证据。“我认为我可能会从九种药物中得到一种药效，”Sánchez说。“近半数饮食疗法显示出某种药效，这一事实确实令人惊讶，这表明我们对水生生态系统中的自我药疗机制并没有给予足够的重视。”

相反，没有一种饮食疗法可以防止细菌寄生虫的感染。此外，食用绿藻的未感染水蚤产生的后代比吃蓝藻的后代多两到三倍，证实绿藻饮食的营养质量更高。并且，通常，寄生虫感染会减少生长。

Sánchez计划继续为她的博士研究项目工作，Duffy是她的顾问。研究人员将寻找自我药物治疗的证据，并将进一步检查在初始研究中显示出真菌抗性活性的三种毒素的抗微生物特性：微囊藻毒素-LR，解毒素-α和小球藻素。来自明尼苏达州和佐治亚州的研究人员将加入该项目。

“许多天然产品的研究是通过筛选大量的植物或藻类材料并使用不同的生物测定来完成的，并希望你能够幸运地找到一种新的化合物或活跃的东西，”Sánchez说。“但是，为什么不看一下本质上已经发生的事情呢?我认为这是真正吸引我的原因以及为什么我选择在这个项目上工作。”

研究人员表示，这项工作具有广泛的生态意义，部分原因是全球气候变暖预计会增加某些地区蓝藻水华的发生频率。这一变化可能改变水蚤的疾病动态，而水蚤又可能对湖泊食物网产生重要影响，因为水蚤是重要的食草动物，水蚤种群内的疾病爆发可能影响生态系统层面的过程，“作者写道。

在英国皇家学会会报B本文的标题是“毒素或药物?浮游植物饮食调解主机和寄生虫健身在淡水系统中。”