微生物與人類共同進化數百萬年
2020-11-28 科學網| 微生物與人類共同進化數百萬年 |
| 一些古代微生物的缺失或導致人類疾病 |
不同類型的消化道微生物與人類共同進化了數百萬年。圖片來源：J. Luecke/ 德克薩斯大學
人類並不是獨自進化的。根據一項新的研究，數十萬億的微生物從史前猿人階段便開始伴隨著人類，並一路進化而來。但是這項研究也發現，人類同時也失去了一些依然存在於類人猿表親體內的古代微生物，這或許可以解釋一些人類疾病，甚至肥胖和精神疾病的來源。
研究人員已經知道，人類和其他類人猿攜帶了許多類型的細菌，特別是在消化道中，這些細菌被稱為微生物組。然而這些微生物從何而來——是從人類的遠古祖先那裡，還是源於周圍的環境？一項對所有哺乳動物的糞便細菌進行的研究顯示，與從環境中獲得微生物相比，繼承微生物要容易得多。然而其他研究則表明，食物在塑造人類消化道細菌方面起到了重要作用。
為了找到問題的答案，Andrew Moeller將目光投向了野生類人猿。作為其博士論文的一部分，這位如今身為美國加利福尼亞大學伯克利分校博士後的進化生物學家，研究了從47隻坦尚尼亞黑猩猩、24隻剛果民主共和國倭黑猩猩、24隻喀麥隆大猩猩和16名康乃狄克州人的糞便樣本中分離的消化道細菌。
在這些樣本中，Moeller與奧斯汀德克薩斯大學的同事比較了類人猿以及人類消化道細菌中一種常見的快速進化基因的脫氧核糖核酸（DNA）序列。研究人員隨後將不同的DNA基因序列添加到系譜圖中。
事實證明，人類消化道中的大部分細菌已經伴隨我們進化了很長時間。Moeller發現，在類人猿和人類的3個主要消化道細菌家族中，有兩個的起源可以回溯到距今1500多萬年前的一個共同祖先，而不是來自於周圍的環境。但是隨著不同種類的類人猿從這個祖先那裡逐漸分化，它們的消化道細菌也分化為新的菌株，並平行地開始協同進化，以適應不同的飲食、棲息地，以及宿主的胃腸道疾病。
科學家在7月22日出版的《科學》雜誌上報告了這一研究成果。時至今日，這些微生物能夠很好地適應人類的消化道，幫助訓練我們的免疫系統，指導腸道的發育，甚至調節人類的情緒和行為。
該項目負責人、德克薩斯大學進化生物學家Howard Ochman表示：「令人驚訝的是我們的消化道菌群——我們可以從環境中的許多來源得到它們，事實上在這麼長的時間裡一直在我們身體內部共同進化著。」
研究人員發現，在類人猿物種分化後，一些類人猿失去了在其他類人猿體內存在的獨特菌群，這可能也是適應宿主的另一個標誌。
在最終的試驗裡，研究人員對人類微生物組進行了更深入的研究。他們比較了在所有類人猿中分析的相同DNA序列，但這一次僅限於康乃狄克州人與非洲的馬拉威人。研究人員發現，來自這些非洲人的菌株與美國人的菌株在170萬年前便已背道而馳，後者則與那些最早走出非洲的人類祖先相一致。Moeller表示，這意味著消化道細菌能夠被用來追蹤早期人類與動物的遷徙情況。
有趣的是，美國人體內缺乏一些在馬拉威人以及在大猩猩與黑猩猩體內發現的菌株，這符合在工業化社會中觀察到的人體消化道微生物多樣性的普遍減少，或許是食物及抗生素的使用造成了這一改變。
並未參與該項研究的加利福尼亞州帕洛阿爾託市史丹福大學Justin Sonnenburg認為，這項研究「向著摸清人類微生物群的共同進化歷史邁出了意義重大的一步」。Sonnenburg說：「它完美地表明，在數百萬年裡，消化道微生物是一代代垂直傳遞的。」
紐約大學微生物學家Martin Blaser對此表示贊同。他說：「傳播的路徑從母類人猿到幼類人猿至少經歷了幾十萬代。」
然而在其他類人猿中存在但卻消失於人體的一些菌株為人類的健康亮起了紅燈。Blaser說：「如果一名孕婦在懷孕期間服用了抗生素將會怎樣？如果她在分娩的時候服用又會怎樣？」
「我們正在了解消化道微生物對於我們的健康有多麼重要。」Sonnenburg說，「這些發現對於我們搞清真正健康的微生物組到底應該是什麼樣的具有重要意義。」（來源：中國科學報 趙熙熙）
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