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新发现 生物多样性 发布日期:2021年8月4日

饥饿的蜗牛,脆弱的珊瑚和友好的微生物

摘要

在越南海岸附近,最近发生的两件事似乎导致了珊瑚礁的死亡:一种叫做Drupella,还有一种在珊瑚中蔓延的疾病。我们决定调查珊瑚、蜗牛和疾病之间是否有联系。我们分析了覆盖在珊瑚表面的粘液,包括健康的珊瑚和被细菌感染的珊瑚Drupella蜗牛。珊瑚产生的黏液通常充满有益微生物,保护珊瑚免受有害微生物的伤害,这些有害微生物会使珊瑚生病或死亡。我们的分析表明Drupella在吃珊瑚的同时,蜗牛也通过消除粘液中的大多数微小保护层来消除珊瑚的主要防御措施之一。这使得有害微生物对珊瑚造成了额外的损害。

珊瑚无处可逃

为了保护自己免受捕食者的攻击,羚羊、兔子或老鼠等动物会逃跑。对这些动物来说,奔跑是可能的,因为它们是可移动的。然而,其他动物要么无法移动,要么只能在很短的距离内缓慢移动。珊瑚就是这样。珊瑚是一种微小的动物,它们生活在自己建造的岩石结构中。岩石结构形成的珊瑚礁以其美丽而闻名,并为成千上万的海洋物种提供庇护,包括鱼类、海绵、甲壳类动物和蠕虫。可悲的是,珊瑚礁也以其脆弱和困扰它们的威胁而闻名:海水变暖、捕食、飓风、人类手和潜水鳍的破坏以及污染,仅举几例。除了无法逃离威胁之外,珊瑚自然生长非常缓慢——每年只有几毫米。今天,三分之一的珊瑚物种濒临灭绝,可能在不久的将来消失。

蜗牛攻击

一些鱼类和海星以以珊瑚为食而闻名,但最近一种小型海洋蜗牛叫Drupella原产于印度洋和太平洋,也是一种活跃的珊瑚捕食者。在世界上的一些地方,这些移动缓慢的杀手数量正在增加,它们的攻击有时会杀死珊瑚。

我们的研究小组去了越南芽庄湾。在那里,珊瑚正遭受着不断增长的珊瑚数量Drupella.这种蜗牛在数量小的情况下不会造成太大的破坏,但近年来蜗牛的数量大大增加。被蜗牛占领的珊瑚有两个有趣的特征。首先,在蜗牛吃完珊瑚后,它们完全变成了白色,没有生命。第二,痕迹珊瑚疾病在蜗牛尚未触及的部分珊瑚上也可见到(图1).我们研究的目的是了解更多关于蜗牛和破坏芽庄珊瑚的疾病之间的联系。我们想看看是否Drupella导致了疾病,或者在蜗牛到来之前珊瑚已经生病了。所以,我们决定潜入水中,近距离观察珊瑚。

图1 - (A)越南芽庄湾,我们的研究地点。
  • 图一-(一)越南芽庄湾,我们的研究就是在那里进行的。
  • (B)小锥虫吃珊瑚:部分珊瑚已经是白色的,与被掠食的表面相对应。特写显示了不同的Drupella rugosa个体(©ConserveMarine, CC BY-SA 4.0)。

珊瑚黏液,一个充满有益微生物的保护层

我们的第一步是了解珊瑚疾病的起源。由于珊瑚无法移动,它们特别容易受到捕食者的攻击。然而,它们确实对微生物入侵者有防御能力,但不是全部微生物对珊瑚来说很危险。相反,一些微生物有助于珊瑚保持健康,被认为是珊瑚的组成部分。免疫系统!它在珊瑚的粘液有益微生物和有害微生物之间的斗争开始了。黏液是一种厚厚的粘性物质,完全覆盖在珊瑚表面,由珊瑚自身产生。这个黏液层含有许多有用的微生物,它们像士兵一样,消灭了任何其他试图使珊瑚生病的有害微生物。在我们的研究中,我们想了解这些小士兵在蜗牛攻击时会有什么反应。所以,我们从珊瑚的不同部位收集了粘液Drupella,比较它们。

研究珊瑚黏液中的微生物

细菌和病毒非常小。给你一个尺度上的感觉,细菌比一根头发的宽度小100倍,病毒比细菌小10倍以上!因此,用肉眼是不可能看到这么小的生物的。为了检测和识别它们,我们使用DNA测序.DNA存在于所有生物的细胞中。它包含了生物体的遗传密码,并决定了生物体的所有特征。想象一下,说明书上只有4个不同的字母!人类的说明书和金鱼的说明书之间的区别只是其中一些字母的顺序问题。每个物种的说明书(它们的DNA)都是独一无二的。我们从珊瑚粘液中提取了尽可能多的DNA,以确定生活在那里的所有微生物。然后我们搜索了一个数据库,其中引用了所有已知现存物种的DNA编码(图2),以了解我们在珊瑚黏液中发现的珊瑚种类。

图2 -识别珊瑚黏液中的微生物。
  • 图2 -识别珊瑚黏液中的微生物。
  • (1)粘液取自健康的和被蜗牛吃掉的珊瑚。(2)粘液被过滤以收集所有的微生物。(3)DNA是从微生物中提取的。(4)微生物DNA被放在小盒子里。(5)测序机读取并确定样本中的DNA序列。(6)计算机分析数据,并将其与数据库中所有已知微生物的DNA序列进行比较。(7)这告诉我们粘液中存在哪些有益和有害的微生物(©Elyse Boudin)。

蜗牛破坏珊瑚黏液

我们发现珊瑚的黏液被Drupella不同于健康珊瑚的粘液在被蜗牛寄生的珊瑚粘液中发现的细菌和病毒与被蜗牛存活下来的健康珊瑚中发现的细菌和病毒不同,而且它们的数量要多得多。不幸的是,许多有益的微生物也被导致珊瑚疾病的有害微生物所取代(图3).为什么这些危险的微生物会在被蜗牛袭击的珊瑚上生长?蜗牛是罪魁祸首吗?我们认为,蜗牛在吃珊瑚的同时,也严重破坏了珊瑚的黏液层和生活在其中的有益微生物。如果这些有益的微生物不再能够保护珊瑚免受有害微生物的侵害,那么珊瑚就会受到这些有害微生物的控制,从而生病。

图3 -有和没有小锥藻的珊瑚的比较。
  • 图3 -有和没有小锥藻的珊瑚的比较。
  • (一)放大镜向我们展示了健康珊瑚的黏液中含有有益微生物(蓝色),这些微生物可以保护珊瑚免受有害微生物(红色)的侵害。(B)当黏液层被小锥菌破坏时,更多有害微生物生长,从而导致珊瑚疾病的发展(©Jean Péronnin)。

故事的寓意

“饥饿的”蜗牛Drupella白鳍豚自然存在于东南亚海域,其数量近年来大幅增加。这种增长的原因被认为是过度捕捞,因为鱼苗Drupella蜗牛通常是鱼的食物。过度捕捞减少了鱼类的数量,这意味着更多Drupella幼虫存活下来并成为成虫。成人Drupella它们有坚硬的外壳,完全不能食用,所以它们可以安全地生长和繁殖。所以,你可以清楚地看到过度捕捞对珊瑚健康的影响!我们发现,蜗牛不仅会刮伤珊瑚表面,还会使脆弱的珊瑚变得更加脆弱更多的脆弱,为有害细菌和病毒的入侵提供了通道。

最后,我们的原始研究[1]显示了珊瑚粘液和生活在其中的有益细菌的重要性,这些细菌是珊瑚免疫系统的一部分。越来越多的研究小组正在研究微生物,因为它们在海洋动物体内无处不在:在它们的肠道里,在它们的皮肤上,甚至在它们的大脑里!这些有益的微生物对它们的宿主有许多积极的影响。这也适用于人类。生活在我们身体内外的微生物对我们的健康、食物消化甚至我们的行为都起着重要的作用。这些微生物似乎是一个非常有组织的群落。然而,有益微生物是如此丰富多样,以至于我们仍然不知道它们都做什么。因此,我们需要继续研究有益微生物在人体中的作用所有物种,因为它们可以揭示其他隐藏的秘密,帮助我们保护健康所有生物,从脆弱的珊瑚到人类。

术语表

珊瑚疾病有几种疾病会影响珊瑚,导致珊瑚表面变白,或在珊瑚上形成白色、黑色或棕色的条纹。珊瑚疾病大多是由细菌、病毒或小真菌引起的,有时会导致珊瑚死亡。

微生物小到肉眼看不见的有机体。微生物,包括细菌和病毒,是地球上数量最多的生物,在空气中、水中随处可见,与所有生物都有联系。

免疫系统机体系统识别有害微生物并抵御它们的身体系统。

粘液粘性层:在大多数海洋动物皮肤表面产生的粘性层它含有大量有用的微生物,参与保护动物免受周围微生物入侵者的侵害。

病毒地球上最小的微生物(比细菌小十倍)。病毒不能自行繁殖。为此,它们必须找到一个宿主(可能是细菌、植物、动物、人……),进入宿主体内,繁殖,然后通常再出来。像细菌一样,它们并不总是有害的,也不总是致病的。相反,它们中的大多数实际上可以保护宿主免受危险细菌的侵害!

DNA测序强大的机器,可以破译每个细胞中包含的遗传信息(DNA)。

利益冲突

作者声明,这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的,这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。


原文

Bettarel, Y., Halary, S., Auguet, J. C., Mai, C. T., Bui, V. N., Bouvier, T.等。2018。珊瑚和微生物崩溃的两个分支巩膜。ISME J。12:1109-26。doi: 10.1038 / s41396 - 017 - 0033 - 5


参考文献

[1]Bettarel, Y., Halary, S., Auguet, J. C., Mai, C. T., Bui, V. N., Bouvier, T.等。2018。珊瑚和微生物崩溃的两个分支巩膜。ISME J。12:1109-26。doi: 10.1038 / s41396 - 017 - 0033 - 5

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