实验表明，具有正常微生物群的水螅（左）的触须比灭菌后的同类水螅少。
自多细胞生命出现以来，就有大量微生物以它们为家。自然的微生物群（所有生活在生物体内和体表的细菌、病毒和真菌），对生物体来说是至关重要的。例如，它们会帮助宿主吸收营养物质或抵御有害病原体。
科学家们一直认为，个体的生长发育是一个不受外部因素影响，完全由基因所决定的过程。然而，事实证据表明，发育过程并不是自动发生的。
大多数生物已经进化出识别环境变化的策略，并努力调整自身的生长和体型，以适应当时的条件。但是这种表型可塑性是如何被控制的，以及包括微生物影响在内的环境因素是如何被识别、整合到遗传发育程序中的，直到最近才成为科学家们竞相研究的主题。
美国“物理学组织”网站8月27日报道，在合作研究中心（CRC）1182“元生物的起源和功能”的框架之下，德国基尔大学和杜塞尔多夫大学的科学家们研究了淡水水螅的表型可塑性原理。他们观察了温度和某些定殖细菌对水螅个体发育的影响。
此外，研究人员还识别出水螅的两个特定基因，并证明它们参与了一个对发育至关重要的信号通路。此信号通路与外界因素一起，共同控制着水螅体对环境信号的反应。相关研究近日发表在《美国国家科学院院刊》杂志中。
水螅特别适合于发育生物学的研究，因为即使作为成年动物，它仍然能表现出胚胎的特征，如无限的再生能力。
“水螅不会变老，它们控制发育的基因程序永远运行着。”研究小组的领导者Sebastian Fraune教授解释说，“这意味着成体依然可以在任何时候对外部因素变化作出反应，并据此改变体型。”
CRC1182的研究人员调查了动物的基因活动与环境条件变化的关系。他们识别出了两个基因，并根据它们对环境的反应命名为“Eco1”和“Eco2”。目前，科学家们只在水螅体内发现了这两个基因。研究小组将水螅分别置于12摄氏度和18摄氏度的环境中，发现在较冷的环境下，这两个基因都被强烈地激活了。相比之下，人工去除水螅体内定殖的天然细菌后，这两个基因的活性均显著降低。
在确定了与环境感知有关的基因后，研究人员调查了这两个变量对动物体型的影响：经灭菌处理的水螅倾向于形成更多的触须。然而，低温会导致触须形成减少。这些表型适应是由一个特定的发育生物学过程控制的：Wnt信号通路。
Fraune解释说: “在动物王国里，这些信号在进化早期就出现了，而且也与人类的发育过程有关，比如干细胞调节。”
“通过实验关闭环境基因Eco1和Eco2，我们证明这些基因可以抑制水螅体内的Wnt信号。”论文第一作者Jan Taubenheim博士说。外部因素如温度或自然微生物群落的缺失直接影响到水螅个体发育程序的遗传调控，从而影响体型的形成。
这项研究为该遗传信息的重要性提供了佐证——正是这些快速进化的基因使不同的生物体可以适应新的栖息地。
科界原创
编译：橘子
审稿：西莫
责编：雷鑫宇
期刊来源：《美国国家科学院院刊》
期刊编号：0027-8424
原文链接：https://phys.org/news/2020-08-environment-microbiome-jointly-body.html
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