每年夏天困擾西伊利湖的藍(lán)藻大量繁殖都是一種難看的滋擾和潛在的公共健康危害，產(chǎn)生可能對(duì)人類(lèi)及其寵物有害的肝臟毒素。
但根據(jù)密歇根大學(xué)生態(tài)學(xué)家的一項(xiàng)新研究，藍(lán)藻菌群中產(chǎn)生的毒素也可能對(duì)攝取它們的沙粒大小的湖泊動(dòng)物產(chǎn)生保護(hù)作用，就像馬利筋植物中的毒素可以保護(hù)帝王蝶免受寄生蟲(chóng)侵害一樣。
基于實(shí)驗(yàn)室的研究表明，被稱(chēng)為水蚤(Daphnia)的小型蝦類(lèi)淡水甲殼類(lèi)動(dòng)物可以通過(guò)消耗由形成藍(lán)藻的藍(lán)藻產(chǎn)生的毒素來(lái)獲得真菌寄生蟲(chóng)的保護(hù)。俗稱(chēng)水蚤，水蚤發(fā)揮淡水食物網(wǎng)中起關(guān)鍵作用，是許多魚(yú)類(lèi)的重要食物來(lái)源。
密歇根大學(xué)的研究人員計(jì)劃進(jìn)行后續(xù)研究，看看他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中觀察到的保護(hù)作用是否也發(fā)生在湖泊中。他們還將探索開(kāi)發(fā)人用抗真菌藥物的潛力。
該研究計(jì)劃于1月15日在“皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)”B期刊上發(fā)表。第一作者是KristelSánchez，她在UM生態(tài)學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)系的碩士論文中完成了這項(xiàng)工作。共同作者包括她的教師顧問(wèn)，UM生態(tài)學(xué)家Mark Hunter和Meghan Duffy。
“這篇論文表明，居住在密歇根湖泊中的水蚤可以通過(guò)形成藍(lán)藻的毒素中的毒素獲得真菌寄生蟲(chóng)的保護(hù)，”亨特說(shuō)，他在密歇根大學(xué)生物站研究了十多年的君主。
“這是一種令人驚奇的水生生物平行的君主蝴蝶，它們從馬利筋中的毒素中獲得了寄生蟲(chóng)的保護(hù)。它表明動(dòng)物藥物可能比我們想象的更加普遍，延伸到水生境界?！?/span>
幾十年前，人們就知道黑猩猩等動(dòng)物會(huì)尋找治療疾病的藥草。近年來(lái)，動(dòng)物藥劑師的名單已經(jīng)增長(zhǎng)了很長(zhǎng)時(shí)間，現(xiàn)在似乎動(dòng)物“自我藥療”的實(shí)踐比科學(xué)家以前所知的要廣泛得多。
但大多數(shù)關(guān)于動(dòng)物自我藥療的研究都集中在陸地生態(tài)系統(tǒng)上。關(guān)于動(dòng)物的飲食如何作為水生系統(tǒng)藥物來(lái)源的知識(shí)相對(duì)較少。
需要明確的是，目前的研究并未表明水蚤在野外是自我治療的。為了證明自我藥療，研究人員必須證明水蚤優(yōu)先飼喂產(chǎn)生毒素的藍(lán)細(xì)菌和藻類(lèi)，以降低其疾病風(fēng)險(xiǎn)。研究人員將在研究的下一階段尋找這種選擇性覓食的證據(jù)。
但目前的研究確實(shí)為水蚤消耗的植物毒素的保護(hù)性提供了有力的證據(jù)。
“真菌病原體對(duì)作物，野生動(dòng)植物甚至人類(lèi)都有破壞性影響，”達(dá)菲說(shuō)?！皩?duì)我來(lái)說(shuō)，打擊那些化合物的化合物可能就在我們當(dāng)?shù)睾幢砻嬷碌南敕ㄕ媸橇钊伺d奮?！?/span>
Sánchez在實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)了北美湖泊中常見(jiàn)食草動(dòng)物Daphniadentifera，并為8種綠藻或藍(lán)藻(以前稱(chēng)為藍(lán)綠藻)中的一種喂養(yǎng)個(gè)體。在野外，水蚤以漂浮在水柱中的藻類(lèi)和細(xì)菌為食;它們是一群被稱(chēng)為浮游動(dòng)物食草動(dòng)物的小型水生動(dòng)物的一部分。
使用了五種綠藻和三種藍(lán)藻，它們的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和毒素產(chǎn)量不同。與產(chǎn)生毒素的藍(lán)藻相比，綠藻對(duì)水蚤的營(yíng)養(yǎng)更有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。
研究中使用的藍(lán)藻包括一種微囊藻(Microcystis)，這是一組常見(jiàn)的菌落形成藍(lán)藻，主要?dú)w咎于伊利湖一年一度的夏季花期。一些微囊藻物種產(chǎn)生稱(chēng)為微囊藻毒素的肝臟毒素。在她的實(shí)驗(yàn)中，Sánchez將純微囊藻毒素添加到一些微囊藻培養(yǎng)物中，以接近藍(lán)藻水華期間常見(jiàn)的毒素水平。
然后，UM研究中的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的水蚤暴露于一種常見(jiàn)的真菌寄生蟲(chóng)和一種常見(jiàn)的細(xì)菌寄生蟲(chóng)。在野外，水蚤通過(guò)消耗水中的寄生蟲(chóng)孢子而感染。
研究人員發(fā)現(xiàn)飲食對(duì)真菌寄生蟲(chóng)的感染率有顯著影響，但對(duì)細(xì)菌寄生蟲(chóng)沒(méi)有影響。
兩種藍(lán)藻飲食 – 包括在含有微囊藻培養(yǎng)物的燒杯中添加純微囊藻毒素的飲食處理- 完全防止了真菌感染。單獨(dú)的微囊藻的飲食，沒(méi)有額外的微囊藻毒素，導(dǎo)致非常低水平的真菌感染。
當(dāng)水蚤以綠藻小球藻為食時(shí)，也完全防止了真菌感染?？傊欧N飲食治療中有四種顯示出抗真菌活性的強(qiáng)有力證據(jù)。
“我認(rèn)為我可能會(huì)從九種藥物中得到一種藥效，”Sánchez說(shuō)。“近一半的飲食療法顯示出某種藥效，這一事實(shí)確實(shí)令人驚訝，這表明我們對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)中的自我藥療機(jī)制并沒(méi)有給予足夠的重視?！?/span>
相反，沒(méi)有一種飲食療法可以預(yù)防細(xì)菌寄生蟲(chóng)的感染。此外，食用綠藻的未感染水蚤產(chǎn)生的后代比吃藍(lán)藻的后代多兩到三倍，證實(shí)綠藻飲食的營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量更高。而且，一般而言，寄生蟲(chóng)感染會(huì)減少生長(zhǎng)。
Sánchez計(jì)劃繼續(xù)為她的博士研究項(xiàng)目工作，Duffy是她的顧問(wèn)。研究人員將尋找自我藥物治療的證據(jù)，并將進(jìn)一步研究在初始研究中顯示出真菌抗性活性的三種毒素的抗微生物特性：microcystin-LR，anatoxin-a和chlorellin。明尼蘇達(dá)州和佐治亞州的研究人員將加入該項(xiàng)目。
“許多天然產(chǎn)品的研究是通過(guò)篩選大量的植物或藻類(lèi)材料并使用不同的生物測(cè)定來(lái)完成的，并希望你能夠幸運(yùn)地找到一種新的化合物或活躍的東西，”Sánchez說(shuō)。“但為什么不看一下本質(zhì)上已經(jīng)發(fā)生的事情呢?我認(rèn)為這是真正吸引我的原因以及為什么我選擇在這個(gè)項(xiàng)目上工作。”
研究人員表示，這項(xiàng)工作具有廣泛的生態(tài)意義，部分原因是全球氣候變暖預(yù)計(jì)會(huì)增加某些地區(qū)藍(lán)藻水華的發(fā)生頻率。這一變化可能改變水蚤的疾病動(dòng)態(tài)，而水蚤又可能對(duì)湖泊食物網(wǎng)產(chǎn)生重要影響，因?yàn)樗槭侵匾氖巢輨?dòng)物，水蚤種群內(nèi)的疾病爆發(fā)可能影響生態(tài)系統(tǒng)層面的過(guò)程
