编辑推荐：
哈佛大学研究人员在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表的一项新研究中揭示了牡蛎如何主动调节其微生物群以维持其坚硬的外壳。
三个要点：
- •
哈佛大学有机体与进化生物学系的研究发现，牡蛎微生物可能有助于牡蛎壳形成过程中的“繁重”钙化作用。
- •
这些微生物和牡蛎共同表达（或协调）某些基因的表达，这暗示着宿主和这些微生物之间存在化学“对话”。
- •
这种任务分担或许能为了解牡蛎在不断变化的海洋中的适应能力提供线索。
对牡蛎来说，创造一个有利于钙化的内部环境，从而形成其独特的坚硬外壳，至关重要。但哈佛大学发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上的一项新研究发现，这些双壳类动物可能将这项工作外包，与微生物协同作用，这种机制不仅有助于我们了解牡蛎，还能揭示微生物如何在不断变化的海洋环境中帮助生物体增强适应能力。
最初，安德里亚·乌祖埃塔·马丁内斯（Andrea Unzueta Martinez）——吉尔吉斯生态生理学、生物地球化学与工程实验室的博士后研究员，也是这篇论文的第一作者——研究的是牡蛎在海洋中的功能。她解释说，牡蛎能够调节其内部pH值，这意味着即使外部水环境的pH值随潮汐变化，它们也能维持体内平衡——即稳定的内部环境。在她的博士论文研究了牡蛎体内的微生物之后，她提出了一个问题：这些微生物可能发挥着什么作用？
“我想开始研究微生物在化学调节方面对动物宿主所起的作用，”她说。
她首先评估了双壳贝类自身维持体内平衡的能力，尤其是在涨潮时，因为它们的外部环境酸性更强。
“我们知道牡蛎可以调节自身的内部化学成分，”她说。“它们拥有所有必要的遗传机制来实现这一点，但我们从未考虑过微生物实际上可能以某种有意义的方式发挥作用。”
她专注于研究牡蛎软体与贝壳连接处液囊中的微生物。“这种液囊与外界环境完全隔绝，所以海水中的微生物不可能随意漂浮进去，”她说。“我们根本不知道这些微生物最初是如何进入那里的。”
为了获取这些微生物，她设计了一种导管，安装了一个水密端口，以便单向进入，从而可以采集充满微生物的液体样本。
通过对微生物和牡蛎的研究，她发现微生物和牡蛎本身同时表达相同的基因，也就是说，它们的某些基因同时被激活。更令人惊讶的是，“这些微生物表达的基因已知有助于碳酸钙的沉淀，”她说，“而碳酸钙正是构成牡蛎壳的主要成分。”
令人惊讶的是，当微生物被激活后，宿主牡蛎开始表达与其神经免疫系统相关的基因，该系统负责检测微生物等外来物质。这些系统在清除微生物方面发挥作用，但有些动物也利用它们通过化学通讯与有益微生物“交流”。
Unzueta Martinez 将这一发现描述为“非常令人兴奋”，她不禁问道：“这是怎么回事？它们在协调吗？宿主能否通过神经免疫系统与其微生物组进行某种形式的沟通，从而协调调节化学物质？”
“这提出的问题比答案还多，”她说。
为了继续这项研究，她希望研究深海双壳类动物，例如生活在地球一些最极端栖息地（如热液喷口附近）的深海贻贝和蛤蜊。“这些动物不仅繁衍生息，而且它们也拥有微生物群落，”她说。“这是一个绝佳的机会，可以研究宿主、微生物群落和环境化学调控这三者在不同环境中的相互作用。”
哈佛大学微生物科学计划联合主任、有机体与进化生物学教授彼得·R·吉尔吉斯表示，这类研究将人们的注意力重新聚焦于生物体与微生物之间的合作。“我们常常认为动物独自承担着所有繁重的工作，有时这或许没错，”他说。“但更多时候，当我们观察动物时，会发现微生物在动物的某些过程中发挥着作用。”
“这提醒我们，所有动物都生活在这个微生物世界中，”他说。这种微生物可能正在帮助牡蛎节省原本用于制造贝壳的能量。他还补充道，它也可能发挥着我们尚未发现的其他作用。
这项发现对更高级的生命形式也具有重要意义。他指出，我们常常将自身体内的微生物与病原体或疾病联系起来。“但绝大多数在人类生活中发挥作用的微生物都对我们有益，”他举例说，例如微生物在消化过程中的作用。“如果我们能够开始解开一种免疫语言相对简单的生物——牡蛎——与微生物‘沟通’的方式，”我们就能更好地理解牡蛎的适应能力。他解释说，这也就是牡蛎“利用微生物复杂的生物化学机制”的方式。
随着海洋酸化加剧，这种合作关系可能至关重要。“海洋pH值降低，动物需要消耗更多能量，”吉尔吉斯解释说，“但如果微生物能够帮助改善贝壳生长环境，哪怕只分担一点点能量，而微生物也能从中受益，拥有一个免受天敌侵害的栖息地，那么这就是一段良好关系的开始。”
这项研究的部分资金来自美国国家科学基金会的拨款。
