细菌除臭剂：树蛙与假单胞菌细菌之间的共生关系

一条河流从一条蓝色小溪开始，但友谊始于两个生物实体之间的互利共生关系。 在野外的严酷条件下，当一半的居民想吃掉你时，笑容很少有帮助。 但是，确切的说是上述共生-不同物种个体之间的互利合作。 这种关系中的每个参与者都会得到自己的东西：保护，食物，房屋，车辆等。 但是在这里， Boana prasina物种的树蛙需要与某些细菌共生才能发生爱情。 今天，我们将结识科学家的惊人发现，这些发现发现，青蛙皮肤上存在的细菌会释放出一种独特的香气，这种香气在寻找伴侣和繁殖中起着重要作用。 为什么科学家们闻青蛙，它们闻起来像什么（青蛙，而不是科学家），以及两栖动物和细菌之间如何发生这种异常的共生？ 研究组的报告中有答案等待着我们。 走吧

关于大自然中的友谊

对于一个人而言，友谊的好处通常是心理上的（情感上的）。 我们结识新朋友，结识新朋友，交流，因为我们很喜欢。 关于我们的宠物也可以这样说。 猫，狗，仓鼠，鱼等 他们是一个人的朋友，在道德上胜于身体上的支持。 尽管电影“ Prostokvashino”中有些人以母亲的原则为生：

-好吧，你自己想，这只猫有什么用？
“嗯，为什么它一定很好？” 例如，这幅画在墙上的用途是什么？
-墙上的这张照片非常有用-它会在墙纸上堵塞孔！

但是回到动植物。 在野外（我们不会在受控条件下考虑共生），不同物种的代表之间的关系对于生存或更舒适的生活是必不可少的。


在海葵的小丑鱼。

小丑鱼和海葵（海葵）是最引人注目的例子之一。 生活在海葵中的许多鱼类惊叹于“哦，尼莫！”之类的鱼，对它们的角突细胞（刺痛/刺痛细胞）免疫，但捕食者非常易感。 换句话说，小丑鱼住在带电围栏的房子里。 海葵还可以从鱼类废弃物中获取营养，从而得益于这样的邻里环境（是的，海葵的“新关系”一词从字面上听起来很合理）。


另一个不寻常的共生，有些银莲花与寄居蟹形成。

从大海深处，我们移到了开花的草地。 我们总是在花旁边代表谁？ 当然是蜜蜂。 这些工作狂从花中收集花蜜，也就是说，他们得到食物。 同时，它们从一朵花飞到另一朵花，进行所谓的间接授粉，这有助于植物繁殖。 换句话说，对于“您举起蜡烛了什么？”这个问题 蜜蜂会以肯定的方式回答，此后会引起您对此类不当问题的注意。


向日葵上的蜜蜂。

除蜜蜂外，其他类型的昆虫（蚂蚁，大黄蜂，蝴蝶等）以及脊椎动物（鸟类，蝙蝠，啮齿动物等）也有助于植物授粉。

正如我们已经了解的那样，共生关系并不少见。 我们对这些关系的参与者感到惊讶，而不是对它们的存在感到惊讶。

值得注意的是，气味是一种化学信号，可让您获取有关其来源的某些信息。 不仅青蛙，而且许多脊椎动物物种都通过气味来交换信息。 记住猫是做什么的（尤其是在春天）-用这种方式，它们会向其他代表告知其物种的存在，领地权等。 如果我们一般考虑气味的来源，那么主要有以下几种来源：

• 某些腺体的主要（从头）分泌合成；
• 排泄的副产品，即人体重要活动的分泌物；
• 使用环境；
• 共生细菌的代谢产物。

早在上世纪70年代，就提出了“发酵理论”，该理论指出哺乳动物中的共生细菌代谢芳香腺中发现的蛋白质和脂质。 因此，产生了挥发性化合物，载体将其用于通讯。


一只嘶哑的虎蛙。

如果我们谈论青蛙和蟾蜍，那么这里传输信息（即通信）的主要方法总是被认为是声音（声音信号）。 但是，考虑到它们在此过程中并不重要，因此并没有给予太多关注。 事实证明，这都是不同的。 气味不仅在传递信息（性别确定，吸引伴侣，保护免受掠食者等）中非常重要，而且在共生生物（即细菌）的帮助下也会产生。

科学家设法发现，青蛙皮肤分泌的秘密含有有机硫化物* ， 倍半萜烯*和甲氧基吡嗪* 。 这些化学物质的来源是假单胞菌属细菌，它们生活在研究对象的皮肤上。

有机硫化物* -醚的含硫类似物。

倍半萜烯* -萜烯类的一组有机化合物，包括C ₁₅ H ₂₄至C ₁₅ H _32的烃。

甲氧吡嗪*是会散发异味的化合物。

正如我前面提到的，科学家选择了生活在南美地区的蟒蛇蛙作为研究对象。 该物种具有相当长的繁殖期，在此期间，雄性使用声音信号并发出非常强烈的特征性气味。 科学家强调，已经对气味在树蛙的社会活动中的作用进行了研究，但尚未研究这些气味的来源。

现在，我们已经熟悉了共生的概念，研究对象和科学家的目标，我们将开始熟悉观察结果。

研究成果

通过使用TFME（固相微萃取）和GC / MS（气相色谱/质谱），科学家能够确定B.物种的雄性和雌性皮肤的挥发性分泌物组成包括大约60-80种不同的化合物，包括醇，醛，烯烃，酯，酮，甲氧基吡嗪，萜烯（半萜，单萜和倍半萜）和硫醚。


图像编号1：褐紫苏病菌男性和女性皮肤挥发性分泌物的化学成分比较。

上图名称： 拖把 -甲氧基吡嗪； Het -Hemiterpenes; Mnt是单萜的； Sqt-倍半萜； Hyc-碳氢化合物； 脚趾 -硫醚; Eth-酯； 酮-酮; c * -芳香族化合物也存在于玻璃容器中。


表1：来自对B. prasina种的雄性和雌性皮肤的挥发性分泌物进行化学分析的数据。

同时，事实证明，所有男女两性“香汤”中的大部分都是半萜烯，酮和酒精（49.9-78.3％）。

如果我们比较化学成分以确定其在雄性和雌性中的差异，则可以区分SQT（倍半萜烯），TOE（硫酯）和MOP（甲氧基吡嗪），如图2A和2B所示 。


图2：比较男性和女性分泌物的化学成分。

双重曲线图2A基于挥发性化合物的相对含量。 样本分散质心描绘为女性的圆圈和男性的三角形。 图2B显示了每种化合物对PCA分析（主成分法）中获得的前四个主要成分的相对贡献。 圆圈的大小指示贡献的绝对值，颜色（从红色到蓝色）指示负贡献或正贡献。

由于创建了LDA函数（线性判别分析），科学家变得很清楚，可以通过化学特征（ 2C ）来区分一个人的性别：Kruskal-Wallis检验：DF = 1，P = 0.001。

数据中术语的简短解释：

• “互动”一词是指在数据分析中考虑了两个因素，即个人的性别和抽样方法；
• “性别”一词是指仅用于在某些抽样条件下确定性别的数据分析；
• 体内-对活生物体（不对从活体中提取的样品）进行分析；
• 样本-对在世个体的皮肤样本进行分析（与个体本身分开进行分析）。

在三种最独特的类别（TOE，SQT和MOP）中，女性比男性更明显的是MOP（甲氧基吡嗪）。 这从似然比检验中可以明显看出。 相互作用：χ2 ₁ = 1.20； P = 0.2729； 性别：χ2 ₁ = 12.778; P ＝ 0.0004。

此外，男性的SQT（倍半萜类）高于女性。 相互作用：χ2 ₁ = 23.817; P <0.0001； 性别（体内）：χ2 ₁ = 22.933； P <0.0001； 性别（样本）：χ2 ₁ = 1.317; P ＝ 0.2511。

最后，对TOE数据（硫代酯）的分析表明，雄性含有更多的这种化合物，但仅在活着的个体上进行分析（体内）。 相互作用：χ2 ₁ = 10.618; P = 0.0011； 性别（体内）：χ2 ₁ = 10.9505； P = 0.0009； 性别（样本）：χ2 ₁ = 2,0051； P ＝ 0.1568。

在对SQT和TOE的组成进行更详细的检查后，科学家们发现了表达最多的两种主要物质，即SQT中的二氢杜鹃花II和TOE中的C ₆ H 12S。

此外，研究人员决定更详细地处理甲氧基吡嗪（MOP），其中有4种被分离出来：

• MOP1-2-异丙基-3-甲氧基吡嗪（C ₈ H ₁₂ N ₂ O）
• MOP2-3-异丙基-2-甲氧基-5-甲基吡嗪（C ₉ H ₁₄ N ₂ O）
• MOP3-2-仲丁基-3-甲氧基吡嗪（C ₉ H ₁₄ N ₂ O）
• MOP4-3-仲丁基-2-甲氧基-5-甲基吡嗪（C ₁₀ H ₁₆ N ₂ O）

图3：男性和女性所有四种MPA的数据。

从分析数据中可以看出，无论采用哪种分析方法，MOR3在男性中都非常明显，但在女性中却不明显（相互作用：χ2 ₁ = 0.1219； P = 0.727；性别：χ2 ₁ = 49.4548； P <0 ，0001）。

但是，相反，MOR4在女性而不是男性中非常明显（相互作用χ2 ₁ = 5.3977； P = 0.0202；性别（体内）：χ2 ₁ = 25.5523； P <0.0001；性别） （样本）：χ2 ₁ = 33.1275； P <0.0001）。

男女中MOP1和MOP2的代表率很低，合起来约占甲氧基吡嗪总数的0-12.8％。

我们计算出了“谁拥有更多”的数据，数量和比较，现在就可以找到最有趣的了。

事实是，TOE和MOP是微生物（通常）产生的化合物。 因此，科学家不得不检查树蛙是否属于这种情况。 采集样本，从中分离，培养和鉴定与皮肤相关的细菌。

科学家从注意力中发现了细菌中的128种挥发性代谢物，其中16种也在青蛙中。 还鉴定了仅在细菌中发现的5种化合物。


图片编号4： 4A-在青蛙的皮肤（1-4）和细菌假单胞菌 （5-8）中发现了MPA， 4B-总离子流的GC / MS色谱图，显示了培养的假单胞菌细菌产生的MPA 1-8（左）在穆勒–欣顿琼脂（右）中。

这是另一个非常有趣的事实-所有4种类型的MPA（我们之前都进行了检查）都是由一种细菌分离株产生的。 除了在MPA 1-4青蛙中存在的细菌外，该细菌还产生了几种其他细菌（图4A中为 5-8），在青蛙中未检测到。 还值得注意的是，在细菌中，最“大量”的MPA是5（C ₇ H ₁₀ N ₂ O或2-甲氧基-3,5-二甲基吡嗪），约占甲氧基吡嗪总数的82.4±16.7％。

细菌和青蛙中MOP1-4的比较表明，MOP2在细菌中的表达更好（5.9±6.9％），但是MOP3和MOP4比青蛙中的表达更差（2.6±5.0％和2） ，分别为7±2.1％）。


第5张图片：从不同区域，不同时间采集的测试对象皮肤上的细菌种群。

该研究的个体来自野外，更确切地说是来自4个不同区域（ 5A ）。 不同地区的个体中细菌的数量不同，并且取决于圈养所花费的时间（ 5B ）。

尽管在四个位置（60-63％）和五个不同采样周期（56-66％）的皮肤细菌菌落中观察到的活性分类单位（OTU）的数量变化了一半以上，但仍可以将它们鉴定为以下细菌家族的代表： 肠杆菌 ， 假单胞菌 ， 甲基甲虫 ，大螺旋藻 ， 放线菌属 ， 芽孢 杆菌 ， 链霉菌和Burkholderiales 。 在该品种中最明显的是克雷伯菌 （ 肠杆菌 ）和假单胞菌 （ Pseudomonadales ）。 这在曲线图5A和5B中示出。

来自不同地区的受测个体之间没有发现特别的差异。 但是时间对囚禁的影响是显而易见的。 因此，细菌的多样性及其数量随时间（被圈养）而降低：第一天-163±26，第三天：145±35，第十天：100±9，2周：104±41和8个月：155±34。

在细菌假单胞菌中也可以看到这种差异，这取决于居住区域和被囚禁的时间。 一些OTU仅在来自特定区域的青蛙中被发现（ 5C ），或者已经被圈养（ 5D ）显示出来。 但是，在大多数样品中仍发现了该属的4种细菌，也就是说，它们在受控的实验室环境中并不依赖于地理因素和时间。 同时，男性（平均1.7％）和女性（平均2.4％）的假单胞菌细菌数存在差异。 这些指标在被囚禁期间男女均下降，尤其是在前3天：从第一天的最高8.8±4.3％下降到第三天的最高-0.4±0.2％。

根据所分析的数据，可以得出结论，正是假单胞菌细菌积极参与了载体所用的挥发性化合物的分泌，即细菌的分泌。 为了确定性别，青蛙在繁殖季节会吸引伴侣，并作为防止掠食者的保护。

要更详细地了解研究的细微差别，建议您查看研究组的报告以及该报告的 其他材料 。

结语

气味在包括两栖动物在内的许多活生物体的生命中起着极其重要的作用，这一事实早已为人所知。 但是，尚未进行旨在确定这些气味的主要来源以及产生挥发性化合物的机理的研究。

科学家能够准确地找出哪些化学物质对气味的形成以及产生这些气味的重要原因。 树蛙的皮肤是来自不同家庭的许多细菌的家。 科学家认为，两栖动物皮肤合成的生物分子可以作为过滤器，通过该过滤器，不同类型细菌的独特组合可以驻留在皮肤上。 蛙皮中由MOP产生的细菌假单胞菌分泌的挥发性化合物可以充当信息化学物质，即细菌自身之间的一种交流方式。

反过来，树蛙将其用作在交配季节与其他信号一起传递给其他人的信号类型之一，这通过野外和实验室条件下的行为测试得到证实。

将来，研究人员将继续他们的工作，以便更详细地研究细菌与树蛙的相互作用。 科学家称这项工作为理解两栖动物（不仅是两栖动物）与各种微生物之间的共生关系的第一步。

是的，尽管现在谈论这种研究还为时过早，但对人类可能没有任何实际的好处，因为一个发现会导致一系列新的发现，这些新发现会以某种方式影响并将影响我们的生活。 但是，这些研究确切提供的是对我们周围世界各个方面的知识和理解，而我们仍然还不了解一切。



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