“你吃什么”这个词有了新的含义。宾夕法尼亚大学的研究人员在果蝇或黑腹果蝇的实验中发现,在苍蝇的食物中加入不同种类的微生物会导致种群的遗传分化,只有在第五代才会发生显著的基因组变化。
“我们的工作有力地表明,微生物群落的组成至少部分地推动了它们所生活的有机体的进化,”宾夕法尼亚大学的生物学家Paul Schmidt说,他是这项工作的高级作者,这项工作发表在《PNAS日报》上。“事实上,我们可以在如此短的时间内完成的实验中看到这种效果,这表明微生物对健康的影响程度令人难以置信。”
与实验室实验不同的是,从苍蝇的遗传到温度和饮食,环境的每一个可能的方面都受到控制。为了放大处理之间的差异,这组实验在宾夕法尼亚大学的Pennovation工厂进行。设定的更贴近自然,受天气、季节变化的影响,甚至会有奇怪的蜘蛛或脏点侵入外壳。
施密特表示,尽管存在这些外部因素的潜在影响,但研究人员仍然发现微生物组的变化对苍蝇种群的基因组产生了显著影响,这使得这一发现更加引人注目。我认为这是公平的,我们可以尽可能保持生态现实主义,而不是检测大的影响。我们只是改变了苍蝇饮食中这些微生物的相对丰富度,就足以看到效果了。“佩恩生物学家保罗施密特。
施密特和博士后研究员赛斯鲁德曼是这篇论文的第一作者。与人类等其他生物相比,苍蝇的微生物群落相对简单,他利用了这一点。“如果你研究哺乳动物的微生物组,你在肠道中发现的许多细菌都是未知的,”鲁德曼说。“但果蝇却不是这样。只是果蝇的微生物群落只有100种左右。”
果蝇对这种研究的其他好处包括它们的世代时间短——它们可以在几个月内被研究几代——它们可以被饲养到非常高的种群规模。在这种情况下,这意味着每个实验中有几十万只苍蝇。
从早期的工作中,科学家发现微生物组与苍蝇的适应性变化有关。来自更北纬度的苍蝇往往有更多的乳酸杆菌作为其微生物群的一部分,寿命更长,产卵更少,对压力的耐受性更强。另一方面,南方人群往往含醋杆菌较多,寿命较短,卵多,耐受性较差。实验室工作表明,让苍蝇接触这两种细菌会导致这些相同的特征。
但是微生物能促进整个苍蝇群体的进化吗?为了测试这一点,施密特、鲁德曼和他们的同事设计了一个实验装置来操纵苍蝇微生物组。他们在几个户外网中引入了1000只苍蝇,大小为2立方米,用地被和桃树装饰。他们改变了一些围栏中的食物,并补充了醋酸杆菌或乳酸杆菌。
研究人员证实,喂食改变了苍蝇的微生物群,尽管只是轻微的改变。然而,这足以影响他们的基因。将研究开始时的果蝇基因组与结论进行比较,经过五代之后,研究小组可以发现一些等位基因频率的明显变化——基因的一种变体——与在果蝇自然种群中所看到的一致。