新数据库揭示动物体内存在磁性细菌

迁徙动物导航和回忆路线的非凡能力可能不仅归因于对地球磁场的敏感性，还可能归因于与生活在其中的磁性细菌的相互作用

这些磁性细菌与其所居住的动物之间的关系尚不完全清楚，但加州大学旧金山分校生物系助理教授Robert Fitak最近编制了一个动物DNA数据库，其中包含数亿个序列，显示了各种类型磁性细菌的存在，可作为他学习更多信息的工具

该数据库标志着他的研究向前迈出了一步，并建立在2020年与英国和以色列同事合作发表的先前假设和分析的基础上

2021年，Fitak继续研究数据库，对哪些动物可能携带磁性细菌以及是否存在流行模式进行分类

“我们做的第一项研究是查看现有的数据集，总结我们在不同动物身上发现这种细菌的地方，”他说

“我们搜索了大约50000项以前的科学研究。现在，我们实际上将其扩展到研究一个全球遗传信息数据库，我们已经能够根据数万亿的遗传序列总结这些细菌的位置。”

该数据库于今年早些时候发表在《数据简报》上，它借用了国家生物技术信息中心公开的序列读取档案中的信息

Fitak专注于组织源自不同动物物种的DNA序列，这些序列与已知的磁性细菌相匹配，以帮助他和其他研究人员缩小对磁性细菌的环境和生态作用的研究范围，或识别潜在的宿主动物

内部指南针

菲塔克和他的同事们正在利用这些精细的数据来识别磁性细菌的潜在宿主生物，并为研究它们在动物中可能发挥的作用（例如导航）提供更大的背景

菲塔克说：“最终，如果我们更好地了解动物的航行方式，这将有助于保护濒危或受保护物种。”。“如果我们知道它们将移动到哪里以及如何移动，这可以帮助我们做出更准确的管理决策。”

他有兴趣了解磁性细菌是否存在于动物体内的区域，以便它们能够感知它们，例如神经系统的部分。菲塔克认为，它们可以作为动物的导航辅助工具，也可以为鸟类或海龟等已经利用地球磁场进行长距离导航的生物提供额外的动力

菲塔克说：“这几乎就像一个微生物指南针，我们正在研究它是如何工作的。”。“我们认为动物已经像指南针一样使用地球磁场了。”

他还表示，另一个潜在的好处是，科学家可以研究动物如何感知磁场，并可能模拟它们在药物输送等各种应用中的使用方式

Fitak说，然而，没有确凿的证据表明这些动物是否在使用磁性细菌导航

“到目前为止，我们从研究中得到的主要结论是，我们还不知道这些细菌是否能为动物感知细菌，但我们确实有证据表明它们生活在这些动物体内，”他说

“但我们所学到的是，我们可以使用基因标签，这些标签是制造磁铁的细菌的特征，我们已经在包括人类在内的各种动物体内识别出这些细菌的基因特征。”

菲塔克说，这类细菌通常生活在缺氧的沉积物或泥浆中。他说，它们组装微观的磁化铁“链”来帮助它们运动

Fitak说，目前还不确定生物体是如何将这些细菌留在体内的，但理论上可能是通过吸收或消耗

“到目前为止，我们在各个项目中的结果表明，这些磁性细菌似乎是许多物种微生物群的常规组成部分，”他说。“希望我们未来的工作能表明，它们是偶然从环境中采集的，是宿主动物磁感应的功能组成部分，还是出于其他未知原因。”

专注于海龟

Fitak和他的学生研究团队专注于检查绿海龟和红海龟的样本，以进一步研究磁细菌。

“海龟有点像动物导航的模型，”他说。菲塔克说：“我们一直在海龟身上测试我们的假设，因为它们会非常准确地到达特定的地方。”。他说，加州大学旧金山分校的海龟研究小组在获取海龟样本方面也发挥了重要作用

与菲塔克合作的博士生Julianna Martin帮助分析和收集了近150个海龟样本

“我在实验室工作，从样本中提取DNA，并使用基因组学来识别样本中的细菌，以及我们正在寻找的制造磁铁的细菌，”她说。“如果没有加州大学旧金山分校海龟研究小组的帮助，我无法收集样本。这是一个团队的努力。”

Martin和加州大学洛杉矶分校海龟研究组的科学家们用软拭子轻轻地从印度河泻湖中的筑巢雌性和幼龟身上采集眼泪样本，这些雌性在产卵时会进入近乎恍惚的状态

Martin说，海龟在陆地上为了保持眼睛湿润，会流下粘稠的大眼泪，收集这些眼泪大约需要30秒

“我们从泪管开始，因为它们与神经有关，而神经可能与动物的磁感有关，”她说。“从生物学上讲，去那里看是有意义的，而且很容易收集海龟的眼泪。”

Martin说，她对他们迄今为止的进展感到满意，但希望他们的势头能推动他们的研究得出更明确的结论

“这项研究真的很令人兴奋，”她说。菲塔克说：“没有人专门在海龟身上寻找它们。我很想知道它们来自哪里，以及每种海龟都有哪些制造磁铁的细菌。这还有很长的路要走，但目前我们正在努力描述‘它们在那里吗？’和‘它们来自哪里？’”

“令人兴奋的是能够告诉人们，这个世界上存在着制造磁铁的细菌，”他说。“人们都很敬畏，如果动物真的用这些磁性细菌导航，那将是不可思议的。”

Fitak鼓励有兴趣研究磁性细菌的研究人员探索他汇编的数据 More information: Robert R. Fitak, The magneto-microbiome: A dataset of the metagenomic distribution of magnetotactic bacteria, Data in Brief (2024). DOI: 10.1016/j.dib.2024.110073