世界上最具破坏性的软体动物：科学家揭开困扰人类2000年的船虫之谜

发布者：自由知新 2024-6-11 18:19

揭开世界上最迷人、最具破坏性的软体动物的秘密，可能会影响从气候变化到公众健康的方方面面。它们困扰着古希腊的海军，导致克里斯托弗-哥伦布遇难，让西班牙舰队沉没，并引发旧金山湾的码头坍塌入海，但直到现在，科学家们也无法准确地确定船虫--软体动物的一个家族--是如何造成这种破坏的。由马萨诸塞大学阿默斯特分校和普利茅斯大学联合领导的一个研究小组，与来自缅因大学和马萨诸塞大学陈医学院的合作者共同发现，生活在被忽视的肠道子器官"typhlosole"中的一群共生微生物，有能力分泌消化木质素（木材中最坚硬的部分）所需的酶。

新研究发现，船虫利用其肠道中的共生微生物消化木材，这一发现颠覆了以往的认识，对生物技术和环境建模具有重要意义。贝尔法斯特码头桩基的横截面，上面布满了船虫洞。资料来源：巴里-古德尔

"船虫是如此重要的动物，"最近发表在《国际生物劣化与生物降解》（International Biodeterioration and Biodegradation）上的这项研究的共同通讯作者鲁本-希普韦（Reuben Shipway）说，他在阿默斯特大学（UMass Amherst）从事博士后研究，是这项工作的发起人之一。他是这项研究的发起人，也是马萨诸塞大学阿默斯特分校博士后奖学金获得者之一。"它们遍布全球海洋，不仅改变了历史，还是生态系统的工程师，在水生环境的碳循环中发挥着重要作用。令人难以置信的是，我们还没有充分了解它们是如何做到这一点的"。

木头是一种神奇的物质：它柔韧而坚固，其纤维素质地粘稠但营养丰富，却也可以成为一顿美餐--但这只适用于那些能够消化木质素并能穿过木质素层的生物，木质素层是一种坚韧的盔甲状物质，环绕在纤维素周围。微生物学家很早就知道，那些能够消化木质素的动物，比如白蚁，它们的内脏中寄生着专门的共生微生物群，为它们分解木质素。"但是，"主要作者、刚刚退休的马萨诸塞大学阿默斯特分校微生物学教授、缅因大学名誉教授巴里-古德尔说，"长期以来，人们一直认为船虫的消化道几乎是无菌的"。

船虫实际上是一种软体动物，遍布世界各大洋。图片来源：Reuben Shipway

那么，船虫是如何做到这一点的呢？

古德尔和希普韦在过去十年的大部分时间里都在试图回答这个问题，他们对各种创新假设进行了测试，但没有一个假设揭开了船虫的秘密。

古德尔说："我们决定再次仔细观察船虫的肠道，万一过去一百年的研究人员遗漏了什么呢？"

事实上，情况似乎正是如此。原来，船虫有一个奇特的子器官，叫做typhlosole--"它看起来就像萨尔瓦多-达利倒立的胡子"，希普韦说，它嵌在软体动物的消化道中。以前的研究人员认为它是一个混合结构，但是当古德尔和希普韦进行了一些精确的培养工作，然后利用阿贡国家实验室的元基因组分析设施以及马萨诸塞大学阿默斯特应用生命科学研究所的先进遗传探针显微镜技术时，他们发现了几代研究人员所忽视的问题：隐藏的细菌共生体群具有产生木质素消化酶的能力。

Barry Goodell（马萨诸塞大学阿默斯特分校）在观察布满船虫孔洞的木材。资料来源：巴里-古德尔

潜在应用和环境影响

这项研究不仅有助于解开一个长期存在的谜团，其发现还可能具有重要的实际应用价值。生物技术公司正在寻找能比目前的生物工业流程更有效地消化难消化底物的新酶，而能打开生物质残留物结构的新酶源对这一领域的发展非常重要。此外，以前的船虫共生体已被证明是天然产品（如新型抗寄生虫抗生素）的宝库，可能会对人类健康产生重大影响。

在气候变化方面，此类研究有助于完善预测二氧化碳和其他温室气体如何释放到环境中的模型，特别是考虑到陆地上的大量木质碎屑最终会进入海洋，而海洋中的大部分木质碎屑都会通过船虫的肠道。

最后，其他动物物种，包括其他软体动物、常见的蚯蚓，甚至青蛙的蝌蚪阶段，也拥有一种以前未曾深入研究过的typhlosole。如果能在这些动物体内发现与船虫类似的共生体，就能改变我们对这些动物如何在世界上生存的认识。古德尔谈到这项研究时说："这令人非常满意。我们多年来一直试图破解这个谜团，我们终于发现了船虫隐藏的细菌共生体秘密"。

编译来源：ScitechDaily

软体动物动物马萨诸塞州大学生物技术技术

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