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大便的新功效

已有 1871 次阅读 2023-6-29 14:29 |系统分类:科研笔记

大便药已经被FDA批准,其实自然界中许多动物会吃大便。狗吃人类大便是众所周知的,甚至被许多人作为污点。其实这正是狗生存的重要手段,因为自我驯化的人类,掌握了使用火的技术,让食物变的容易消化,结果人类肠道消化功能非常不足,人类的许多食物没有完全消化的情况。我们都知道许多水果和粮食种子都可以安全通过人类肠道,仍然能保留完整。这给伴随人类生活的狗们提供了理想的食物。其实吃大便的功效远远不只是获取能量,获取各种特殊能力也是必要的。至少我们知道,雌裸鼹鼠子民通过吃王后粪便失去生育能力维持社会结构。一种对南瓜危害极大的害虫南瓜虫,竟然是通过吃前辈的粪便获得消化食物。这和白蚁靠肠道内细菌消化纤维素等功能类似。大自然的魅力经常体现在吃大便这一现象中,因此有许多学者对这种现象的兴趣非常大。

These bug babies seek out poop to survive | Science | AAAS

Orange-tipped Leaf-footed Bug beside hatched eggs on underside of leaf

南瓜虫是一种棕色的拇指大小的昆虫,可能看起来无害,但它可以在几周内将青翠的南瓜小块夷为平地。然而,如果没有一个微小的细菌助手,它就无法造成这种损害 - 科学家们终于弄清楚了它是如何得到的。

Specialized acquisition behaviors maintain reliable environmental transmission in an insect-microbial mutualism: Current Biology (cell.com)

在今天发表在《当代生物学》上的一项研究中,研究人员发现,在生命的第一周,南瓜虫(Anasa tristis)会寻找其物种成年成员的粪便,这些成员体内装有消化食物所需的关键细菌。

这是一个“简单”但“强大”的发现,德国综合生物多样性研究中心的进化昆虫学家Pina Brinker说,他没有参与这项工作。她说,这项研究可能会阐明控制这种破坏性但往往研究不足的昆虫的有效新方法。

许多昆虫依靠细菌来帮助排列它们的胃和消化食物。他们从父母那里获得这些微生物,父母将它们通过卵或在幼崽旁边拉屎来传播。

就南瓜虫而言,这种关键细菌属于一种名为Caballeronia的属,但它们的父母不会将其留给他们。这就像爸爸妈妈说,'去吧,好吧,祝你好运,在头5天找到你需要活的东西 - 否则你死了,'”研究作者,戴维森学院的行为生态学家斯科特维拉说。那么他们是如何得到它的呢?

一天深夜,答案到了,埃默里大学(Emory University)生物学研究生杰森·陈(Jason Chen)结束了一天的工作。他有一些年轻的南瓜虫子 - 或若虫 - 躺在周围,还有一只成年虫子,他用荧光蛋白标记了Caballeronia细菌用于另一项实验。一时兴起,他决定把仙女和大人一起扔。谁知道会发生什么?陈记得当时在想。

几分钟后,当他回来时,成年南瓜虫已经大便了。该地区的每一个若虫都聚集在那里觅食。几天后,陈在显微镜下观察了那些若虫。他们的胆量散发着卡巴列罗尼亚的光芒。

突然间,这一切都变得有意义了,陈说。也许若虫寻找粪便来生存。研究人员标记了更多的Caballeronia,然后将若虫释放到大型竞技场中,在那里他们让它们在荧光,充满细菌的粪便和无菌溶液之间进行选择。他们用红外线24小时摄像机记录了若虫的决定。

仙女们一遍又一遍地直奔便便而去。这些小昆虫在粪便上戳了一个洞,像粪便一样啜饮它——这是科学家第一次记录南瓜虫以这种方式进食。虫子的内脏在几天内充满了卡巴列罗尼亚。

为了弄清楚若虫如何知道去哪里,研究人员剪掉了它们的触角,这样它们就闻不到了。修改后的虫子无法识别Caballeronia细菌的解决方案。但即使没有气味,若虫仍然朝着粪便前进。维拉说,这表明这些虫子可能用它们的触角闻细菌,用眼睛寻找排泄物——结合两个感觉系统,最大限度地提高成功的机会。 

这项研究将导致许多新发现,布林克说。科学家们可以利用这些结果来开发无农药的方式来管理昆虫,例如,通过发布南瓜虫无法利用的Caballeronia的改良版本。

维拉补充说,南瓜虫的生活方式可能很了不起,但新工作揭示了一个关键的弱点

 



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