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两年前，南希·莫兰带着 12 万只蜜蜂从耶鲁大学搬到了德克萨斯大学奥斯汀分校。蜜蜂以生活在大型社会群体中而闻名，但莫兰感兴趣的不仅仅是蜂巢：她正在深入研究与蜜蜂共同进化的多样化细菌生态系统，这个群体有助于蜂巢的健康及其对感染的抵抗力。
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蜜蜂及其微生物群只是共生现象的一个例子——这是两个物种之间通常对双方都有帮助的密切关系。共生可以采取多种形式。清洁鱼会从其他鱼身上刮掉死皮，并在此过程中获得食物。生活在我们肠道中的无数微生物帮助我们消化某些食物。
但莫兰的大部分工作都集中在一种更深层次的伙伴关系上，这种伙伴关系涉及称为内共生体的微生物，这些微生物从宿主传递给后代。莫兰与她的合作者保罗·鲍曼（加州大学戴维斯分校的细菌学家）一起，揭示了这些宿主-微生物关系的紧密交织性质。许多配对已经完全依赖彼此，有些甚至交换基因。她的研究主要集中在蚜虫（一种以汁液为食、侵扰植物的昆虫）上。蚜虫离不开一种叫做蚜虫布赫纳氏菌的微生物，这种微生物生活在昆虫体内，并为其提供必需的营养。
莫兰现在正在蜜蜂身上进行类似的工作，她的研究最终可能帮助科学家了解蜂群崩溃症，这种神秘的瘟疫正在摧毁蜜蜂种群。莫兰希望进化生物学家的视角也能为深入了解人类微生物组（生活在我们体内和体外的微生物集合）的工作原理提供重要的见解，人类微生物组已成为人类健康领域的热门话题。
量子杂志于 7 月在维也纳举行的分子生物学与进化协会会议上采访了莫兰，她在会上展示了她关于蜜蜂的最新研究。以下是采访的编辑和精简版本。
量子杂志：当您在 20 世纪 80 年代开始研究时，共生领域是什么样的？
南希·莫兰：当时，这是一个生物学领域的边缘课题。大多数共生体无法在其宿主之外进行研究，而且每个人都忽略了它们。研究它们的工具非常有限。然后在 20 世纪 80 年代，出现了新的分子方法，可以扩增 DNA，然后对其进行测序。
您如何使用这些工具来研究共生现象？
我们做的第一件事之一是为蚜虫及其常驻细菌布赫纳氏菌创建进化树。我们发现它们已经共同进化了超过 1 亿年，自从蚜虫首次出现以来。基本上没有共生体，蚜虫就不会存在。我们发现这种模式非常普遍。昆虫的主要类群之所以进化出来，是因为它们拥有共生体。
共生体如何帮助它们的昆虫宿主？
它们通常提供营养。蚜虫以植物汁液为生，植物汁液不适合动物，因为它不含所有必需氨基酸。布赫纳氏菌为它们制造必需氨基酸。采食血液的舌蝇有一种共生体，可以制造 B 族维生素。通过基因组学，我们已经能够找到制造氨基酸或维生素等营养素所需的精确基因。
共生体如何响应其宿主而变化？
当我们开始对共生细菌的整个基因组进行测序时，我们意识到它们具有不寻常的基因进化模式。内共生体通常会丢失大量基因。事实上，当我们开始时，一些内共生体基因组的极端微小性令人惊讶，以至于我们不相信最初的结果。对于蚜虫-布赫纳氏菌案例，布赫纳氏菌共生体的基因组大小曾被预测为大肠杆菌基因组大小的七倍，但实际上只有七分之一大小！
当共生体与宿主如此紧密地结合在一起时，结果就像一个全新的生物，宿主和共生体的融合，现在具有两者单独都不具备的能力。
您发现有时共生关系比简单的宿主和共生体更复杂。您能给我们举个例子吗？
蚜虫有共生细菌，称为汉密尔顿氏防御菌，可以保护它们免受黄蜂的侵害。但只有当细菌感染了某种病毒时，它们才具有保护作用。因此，病毒在共生体内，在蚜虫体内，保护着它们所有。这是一个多层次的系统；如果蚜虫对黄蜂具有抵抗力，那么三者都有益。
我认为我被进化过程中出现的这些事物的复杂性所吸引。它们看起来如此复杂和精细，但如果你考虑选择如何在不同层面发挥作用，你就可以理解它们。
共生一词通常指的是两个物种之间有益的关系。但您警告说，它也可能存在缺点。
共生体并不总是好的。细菌的进化利益可能与宿主的利益一致，也可能与宿主的利益相悖。共生细菌可能会进化到有利于宿主，以便宿主能够活得更久（并继续为细菌提供家园）。或者细菌可能会杀死宿主，以便宿主尸体能够传播微生物。例如，发光杆菌是线虫的肠道共生体。线虫会侵入昆虫，而发光杆菌会离开线虫，感染昆虫并杀死它。然后线虫吸收细菌并转移到新的宿主。
在过去的几年里，您从研究蚜虫和内共生体转向研究蜜蜂及其微生物。是什么启发了这种转变？
很难对内共生体进行实验，因为生物体需要它们才能生存。你不能去除共生体，然后看看会发生什么。
是什么吸引您研究蜜蜂？
蜜蜂是社会性昆虫，这为微生物从动物到动物的转移提供了机会。这样，蜜蜂微生物组很像人类微生物组。
蜜蜂微生物组如何帮助我们理解人类微生物组？
不同的蜂群有不同的菌株和不同的基因集合，正如人们有自己独特的微生物集合一样。
在人类微生物组研究中，微生物组与健康之间的联系是相关的。我们很少有因果数据。在蜜蜂身上，我们可以进行更直接的实验。我们可以对蜂群做一些事情，看看它是否兴旺或衰败。例如，我们在实验室中分离蛹，并将特定的细菌接种到新生的成年蜜蜂体内。这是一个更简单的系统，但仍然很复杂。
您希望了解蜜蜂健康的哪些方面？
清洁的蜜蜂，即没有微生物的蜜蜂，可能更难应对环境挑战，例如食物短缺、压力和病原体。有一些证据表明，某些细菌菌株可以保护蜜蜂免受 RNA 病毒的侵害，RNA 病毒是该物种最常见和最致命的病原体。这种病毒在蜜蜂中广泛传播，它会杀死一些蜂群，但在另一些蜂群中似乎是无害的。为什么？这可能与微生物组以及蜂群的复原力有关。
您的工作会找出蜂群崩溃症的潜在原因吗？
目前这只是猜测。但你可以想象，天然的蜂群很少接触其他蜂群。微生物只有在其宿主蜂群存活的情况下才能存活。但商业蜜蜂的饲养密度比野外更高，因此微生物在蜂群之间传播的机会更多。如果你取出大量蜂群并将它们相隔几英尺放置，你可能会创造出这样的条件：从微生物的角度来看，入侵其他蜂群而不是依赖单一宿主更有优势。[从微生物的角度来看] 这可能会选择对蜂群有害的细菌——例如，那些导致蜜蜂腹泻并传播微生物的细菌。基于人类病原体的建模研究表明，大量的社会接触可能会产生更具危害性的微生物。
在过去的 30 年里，共生现象已经从一个不受欢迎的研究领域转变为一个热门话题——人类微生物组是数千篇出版物的主题。最新的研究缺少什么？
如今，我们看到了许多假设多样化的微生物群是好事的头条新闻。即使在生物学家中——除了进化生物学家之外——普遍的基调也是一切都是有益的。但多样性可能好也可能坏。进化的视角可能会提供一些平衡。我们需要了解不同层面的进化过程，例如宿主与其微生物之间，以及生活在宿主体内的不同种类细菌之间。
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