蜜蜂是无价的传粉者——植物世界中的丘比特,促进下一代开花植物的基因重组。作为回报,蜜蜂吃植物的花蜜和花粉。花蜜是一种易吸收的糖溶液。但花粉中含有植物细胞壁,细胞壁中含有由果胶和半纤维素组成的复杂的多聚糖分支链。虽然这两种多糖可以产生糖单体,但只有在特定的细菌酶的帮助下才能产生。蜜蜂依靠它们的肠道微生物群来产生这些酶来分解多糖。但是科学家们想知道微生物群落是如何进行有益的新陈代谢的:谁负责什么生化过程?
现在,一个国际研究小组已经确定了组成微生物的主要代谢作用,他们的发现发表在《美国国家科学院院刊》上。研究小组重点研究了蜜蜂和大黄蜂肠道微生物群落中占主导地位的细菌分支。
研究人员发现,花粉的果胶和半纤维素主要通过两个支系降解:Gilliamella,它主要存在于蜜蜂的回肠,一种类似于人类小肠的结构;双歧杆菌主要分布在直肠、回肠下游,与人类大肠相似。这两种细菌都能代谢半纤维素和果胶。然而,两者在一定程度上是专业化的。Gilliamella主要降解果胶。但并不是所有的菌都能进行果胶代谢。而双歧杆菌则富含糖苷水解酶,因此比吉利亚菌更适合分解半纤维素。但并不是所有的双歧杆菌都能完成这一代谢壮举。因此,对于这两个支系来说,它们的能力各不相同。
缩小后,似乎正在发生的是一场移动的盛宴在蜜蜂的肠子里被解构。在早期,单糖可以被吸收,但复杂多糖——果胶和半纤维素——会被进一步消化:首先,果胶主要被吉利亚菌消化;其次是半纤维素,主要由双歧杆菌组成。这个过程就是这些细菌群的分工。但为什么会有张力变异性呢?作者认为其原因可能是分泌了多糖降解酶。这就像给每个人一个叉子——所有的菌株都有可能深入挖掘,即使他们懒得自己生产酶。
另一个让作者感兴趣的发现是,对蜜蜂和大黄蜂的双歧杆菌菌株的进化分析表明,大黄蜂的菌株通常缺乏分解半纤维素的能力。作者认为这可能与生活方式的不同有关:蜜蜂需要充足的糖来制造蜂蜜,以便在冬天食用。另一方面,大黄蜂不产蜜;它们在冬天冬眠。因此,从进化的角度来看,蜜蜂有一个更高效的微生物群来获取它们所能获取的所有能量是有道理的。
在美国能源部联合基因组研究所的帮助下,通过一系列的体外和体内实验,包括收集和分析蜜蜂肠道宏基因组,使研究结果成为可能。