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沙漠林鼠为什么能把有毒植物当美食?

阿离_Esther/译)吃了毒药就会死掉?那可能得怪你的肠道菌群不给力。美国莫哈韦沙漠的啮齿动物演化出了一项本领,在特化的肠道细菌的帮助下,它们可以吃有毒的石炭酸灌木(Larrea tridentata)。长久以来,科学家怀疑这些啮齿动物的能力关键在于细菌,现在,他们通过向这些啮齿动物喂食抗生素和粪便粉末,证明了这一猜想。

这种沙漠林鼠(Neotoma lepida)生活在美国西部的干旱地带。在其生活区域的南部,有一种石炭酸灌木,这种灌木的叶子上有一种有毒物质,其关键成分去甲二氢愈创木酸(nordihydroguaiaretic acid)会损害啮齿动物的肾脏和肝脏。然而,生活在该区域的沙漠林鼠却能毫无问题地吃掉它们。事实上,一只沙漠林鼠一天吃的石炭酸灌木的量,足以杀死一只实验室小鼠。

林鼠系统。a:沙漠林鼠和有毒的石炭酸灌木;b:去甲二氢愈创木酸(NDGA),石炭酸灌木树脂中最常见的植物次生物质。图片来源:Kohl et al.

据犹他大学的生物学家凯文·科尔(Kevin Kohl)介绍,其实大家都认为林鼠的这种能力来自于它们肠道内的细菌。但因为大部分细菌在实验室都不能生长,所以在DNA测序技术近来取得较大进展前,科学家们很难研究任何动物的肠道细菌。有关肠道细菌和有毒食物的研究通常针对家畜,而且不能使用一整株植物,一次只能测试一种化合物。

为了弄清楚一些沙漠林鼠不怕“服毒”的原因,科尔在犹他州捕获了一些野生的林鼠。他在莫哈韦沙漠捕捉到一些食用石炭酸灌木的林鼠,也在更北一点的地方设陷阱,捕获了一些从未接触过石炭酸灌木的林鼠。

科尔在这些莫哈韦林鼠的食物中逐渐增加石炭酸灌木含量,然后对它们肠道菌群进行基因测序。他发现,持续食用石炭酸灌木几天后,这些林鼠肠道内的细菌群落发生了变化。这些细菌有着更多分解芳香族化合物(比如去甲二氢愈创木酸)以及与压力应答相关的基因。

接下来,科尔通过向莫哈韦林鼠喂食了一个疗程的抗生素来杀死这些肠道细菌。然后,他再给它们投食了更多的石炭酸灌木提取物。本来,当石炭酸灌木成分占食物2%时,连非莫哈韦地区的林鼠也能忍受。但在服用抗生素后,这些林鼠便都只吃一点点食物。两周内,所有林鼠体重下降超过10%,不得不被移除出实验。

要证明是细菌决定了林鼠所吃的东西,这已是一个非常可信的证据。但为了进一步确定,科尔还做了一个“粪便移植”实验。

将一种动物的粪便转移到另一动物体内是一种非常有效的转移肠道细菌的方式。科尔将来自食用或不食用石炭酸灌木的林鼠粪便碾碎,然后分别将其“移植”到不食用石炭酸灌木的林鼠肠道内——在这里,所谓“移植”指的是单纯地将碾碎的粪便放进它们的食物里。不过林鼠并不会觉得恶心,因为这些动物通常也会储存并吃自己的粪便,从中获取更多的营养。

在吃过它们在莫哈韦的同伴的粑粑之后,北方林鼠们对石炭酸灌木的耐受力也大大提高。它们在食用含石炭酸灌木的食物后,能在更长的时间内保持比较健康的体重。这也表明了,粪便中的细菌正是它们能食用有毒物质的关键。

石炭酸灌木在大约一万七千年前才出现在沙漠林鼠的生活区,然而这些啮齿动物目前已能非常适应地以吃它们为生。科尔和他的同事们认为,这是因为林鼠的肝脏已经演化得可以更高效地解毒,与此同时也招募了一些新的抗毒细菌来生活在肠道中。

只是,那些细菌又来自哪里?它们可能就生活在这些植物上,或者是林鼠通过吃土壤和各种动物的粪便来得到的。不管怎样,林鼠们都做到了。这种转变使得这些不太整洁的沙漠林鼠得以利用一套新资源成长。

不过,你也不用太妒忌啦。要知道,它们仍然活在垃圾堆一样的环境当中呐。(编辑:Calo)

文章题图:biologylabs.utah.edu

The End

发布于2014-09-24, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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Elizabeth Preston

《Discover》杂志特约撰稿人

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