【生物演化】催生新物種演化的微生物體

■扮演科學怪人，一手催生新物種是何感覺？對范德堡大學的生物學家塞斯．伯登斯坦 (Seth Bordenstein) 來說，這事並沒有字面上聽起來這麼驚人。他在 2013 年 7 月跟研究生羅伯特．布魯克 (Robert Brucker) 合作，使兩種不同種的黃蜂交配成功，生下健康的混血物種。

編譯｜高英哲

一般來說，在生物學上同屬不同種的生物若是互相交配，其混血後代往往無法存活下來。然而伯登斯坦跟布魯克運用抗生素，將兩種不同種的金小蜂 (Nasonia) 體內的微生物消滅殆盡之後，發現牠們交配產下的混血後代，很多竟然活得好好的。換句話說，他們藉由消滅金小蜂體內的微生物體 (microbiome) ，創造出一種全新的混血黃蜂。這項發現對於演化學有著深遠的影響，因為這表示除了眾所週知的「物競天擇」以外，生物之間的共生關係，可能也會使原先屬於同一個族群的成員逐漸分道揚鑣，而這是演化出新物種的第一步。

幾乎所有的動物身上都有各種微生物寄生，而這些微生物為了有個安身之處，也會為牠們的宿主提供有益的功能，像是保護宿主免受病原體所害，協助消化食物等等。有些微生物甚至會造成宿主的社會行為改變，比方說果蠅內臟裡的微生物，就經常造成果蠅交配行為的改變；俗稱土狼的斑鬣狗體內的細菌，則會負責合成牠們用來彼此溝通的許多種化學物質。這些生物的微生物體若是有所變化，就可能會在其族群內造成歧異，為新物種的演化提供一個先決條件。

這並不是什麼新論點，早在 1966 年，波士頓大學生物學家琳恩．瑪古麗絲 (Lynn Margulis) 就指出植物的粒線體跟葉綠素，都是源自於共生細菌。科學界經過二十年的激烈辯論，才勉強接受了這套說法，不過大多數的科學家還是認為這只不過是個偶發的巧合。然而伯登斯坦在 2001 年時就發現， Nasonia giraulti 跟 Nasonia longicornis 這兩種演化上非常接近的金小蜂，是從 40 萬年前的共同先祖分化而成的；傳統上你要去看金小蜂的 DNA 有何遺傳變異，導致這兩種金小蜂分化，伯恩斯坦卻認為這是因為牠們體內帶有不同種類的共生細菌，無法繁衍出健康的下一代，才導致兩者漸行漸遠，最終各自形成新的物種。

於是伯恩斯坦試著研究不同物種金小蜂體內的微生物，是怎樣使牠們無法產下健康的混血後代。初步的研究結果指出，可能是某些共生微生物會改變宿主的免疫系統基因，牠們的混血後代體內若出現「不對的微生物」，引發的免疫系統反應反而會害死宿主。伯恩斯坦將這樣的微生物從金小蜂體內消滅後，牠們跨種交配生下的後代就能活蹦亂跳了。「這可以說是共生微生物使物種產生分歧的初步證據。」伯恩斯坦說。有些科學家甚至開始認為，生物學上物種的定義，不應當只以單一生物為準，而是要以生物及其微生物體為判定標準。

那麼究竟是什麼原因，改變了這些動物體內的微生物體呢？動物獲取共生微生物的管道很多，不過飲食內容仍然是佔最大宗。耶魯大學生物學家黛安．杜德 (Diane Dodd) 在 1989 年曾經做過實驗，給兩組蒼蠅分別食用澱粉跟麥芽糖，結果發現過了 25 代之後，兩組蒼蠅就不再互相交配，形同各行其路的不同物種。當時杜德並不知道為什麼會這樣，直到二十年後臺拉維夫大學微生物學研究生吉爾．夏隆 (Gil Sharon) 重做這個實驗，才驗證出蒼蠅飲食內容所形成的共生微生物體，與其交配行為之間的密切關係：對蒼蠅施打抗生素，其交配差異就會消失；再餵以富含細菌的食物，僅僅過了一代，交配差異就全部跑了回來。

許多演化生物學家對於這項發現，仍然有其疑慮之處。他們指出伯恩斯坦的研究結果，並不能說明共生微生物本身就足以造成物種演化歧異，抑或只是使已經存在的物種歧異擴大而已；除此之外，宿主的遺傳變異與共生微生物體之間，究竟是誰在影響誰，也還不能確定；單用金小蜂這種昆蟲的實驗結果，就要推論到整個動物世界，更是言之過早。不過雖然「適者生存」確實是個一言以蔽之，非常簡明易懂的論點，不過要了透演化這個極複雜現象的細緻面，多個角度來推敲琢磨總是好事。
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研究出處：Microbes May Drive Evolution of New Animal Species
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譯者：高英哲 科教中心特約寫手，從事科普文章編譯。
責任編輯：Kerina Huang