科学家揭开了世界上最具破坏性的软体动物之谜

新的研究发现，船虫利用肠道内的共生微生物消化木材，这一发现推翻了之前的认识，对生物技术和环境建模具有重要意义。贝尔法斯特码头桩的横截面上布满了船虫洞。

　　

揭开世界上最迷人和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共卫生的一切。

它们困扰着古希腊海军，帮助击沉了克里斯托弗·哥伦布的船只，帮助击沉了西班牙无敌舰队，并导致旧金山湾的码头沉入大海，但直到现在，科学家们还无法准确地指出船虫——软体动物科——如何造成如此大的破坏？

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组研究人员，以及来自缅因大学和马萨诸塞大学陈医学院的合作者，发现了一群共生微生物，生活在被忽视的肠道亚器官中，称为“typhlosole”，有能力分泌消化木质素所需的酶——木质素是木材中最坚硬的部分。

“船虫是如此重要的动物，”鲁本·希普韦说，他是最近发表在《International Biodeterioration and Biodegradation》杂志上的研究的共同通讯作者，也是他在马萨诸塞大学阿默斯特分校博士后奖学金的一部分。“它们遍布世界各地的海洋，它们不仅改变了历史，也是生态系统工程师，在水生环境中的碳循环中发挥着重要作用。令人难以置信的是，我们还没有完全了解它们是如何做到这一点的。”

木材是一种神奇的物质:柔韧而坚韧，它的纤维状但营养丰富的纤维素可以成为一顿美餐——但只有那些能消化它并能穿过木质素层的生物，木质素层是一种坚硬的盔甲状物质，包裹着纤维素，就像“包裹热”一样，让你喜欢的食物包裹起来。微生物学家早就知道，那些能够消化木质素的动物，比如白蚁，它们的肠道里有专门的、共生的微生物群落，为它们分解木质素。马萨诸塞大学阿默斯特分校最近退休的微生物学教授、缅因大学的名誉教授、主要作者巴里·古德尔说：“船虫的消化道长期以来一直被认为是无菌的。”

那么船虫是如何做到的呢?

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，测试了各种各样的创新假设——没有一个能揭示船虫的秘密。

古德尔说:“我们决定再次仔细观察船虫的肠道，希望过去一百年的研究人员有可能遗漏一些东西。”

事实上，情况似乎就是如此。事实证明，船虫有一种奇特的子器官，叫做typhlosole——“它看起来就像萨尔瓦多·达利(Salvador Dali)的胡子倒过来的样子，”希普韦说——它嵌在软体动物的消化道里。以前的研究人员认为它是一种混合结构，但是，当古德尔和希普韦做了一些精确的培养工作，然后在阿贡国家实验室的宏基因组分析设备的帮助下，以及马萨诸塞大学阿默斯特应用生命科学研究所先进的遗传探针显微镜技术的帮助下，他们发现了几代研究人员忽视的东西:隐藏的细菌共生体集群，具有产生木质素消化酶的能力。

潜在的应用和环境影响

这项研究不仅有助于解决一个长期存在的谜团，而且这些发现也可能具有重要的实际应用价值。生物技术公司正在寻找能够比目前的生物工业过程更有效地消化顽固底物的新酶，而能够打开生物质残留物结构的新酶来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物的宝库，例如新型抗寄生虫抗生素，这可能对人类健康有重大影响。

在气候变化方面，这样的研究可以帮助改进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大量的木质碎片最终进入海洋，其中大部分通过船虫的肠道。

最后，其他动物物种，包括其他软体动物，普通的蚯蚓，甚至是青蛙的蝌蚪阶段，也有一种以前没有被彻底研究过的typlosole。如果在这些动物身上发现了与船虫相似的共生体，它可能会改变我们对这些动物如何在世界上生存的理解。“这非常令人满意，”古德尔谈到这项研究时说。“多年来，我们一直试图解开这个谜团，我们终于发现了船虫隐藏的细菌共生秘密。”

参考文献:“First report of microbial symbionts in the digestive system of shipworms; wood boring mollusks” by Barry Goodell, James Chambers, Doyle V. Ward, Cecelia Murphy, Eileen Black, Lucca Bonjy Kikuti Mancilio, Gabriel Perez- Gonzalez and J. Reuben Shipway, 5 June 2024, International Biodeterioration & Biodegradation.