新数据库揭示动物体内存在磁性细菌
迁徙动物拥有非凡的导航和记忆路线的能力，这可能不仅归因于它们对地球磁场的敏感性，还可能归因于它们与生活在它们内部的磁性细菌的相互作用。这些磁性细菌和它们寄生的动物之间的关系尚不完全清楚，但中佛罗里达大学生物系助理教授罗伯特·菲塔克最近编制了一个动物 DNA 数据库，其中包含数亿个显示各种类型磁性细菌存在的序列，他可以用这个工具来了解更多信息。
该数据库标志着他的研究向前迈出了一步，并以 2020 年与英国和以色列同事合作发表的先前假设和分析为基础。
2021 年，Fitak 继续仔细研究数据库，以确定哪些动物可能携带磁性细菌，以及是否存在普遍的模式。
他说：“我们进行的第一项研究是查看现有数据集并总结我们在不同动物身上发现这种细菌的位置。”
“我们搜索了大约 50,000 项先前的科学研究。现在，我们实际上将其扩展到研究全球遗传信息数据库，并且我们已经能够根据数万亿个基因序列总结出这些细菌的位置。”
该数据库于今年早些时候在《简要数据》中发布，它借用了美国国家生物技术信息中心公开的序列读取档案中的信息。
Fitak 专注于组织来自不同动物物种的与已知磁性细菌相匹配的 DNA 序列，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？
菲塔克和他的同事正在利用这些精确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身上可能发挥的作用（例如导航）提供更广泛的背景信息。
“最终，如果我们能更好地了解动物的导航方式，这将有利于保护濒危或受保护的物种，”菲塔克说。“如果我们知道它们要去哪里以及如何移动，这可以帮助我们做出更准确的管理决策。”
他感兴趣的是看看磁性细菌是否存在于动物体内的某些区域，以便它们能够感知这些区域，例如神经系统的某些部分。菲塔克认为，它们可以作为动物的导航辅助工具，或者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助力。
“它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，”菲塔克说。“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，并可能模仿它们在药物输送等各种应用中的使用方式。
然而，菲塔克表示，没有确凿的证据表明这些动物是否使用磁性细菌来导航。
他说：“目前我们从研究中得出的结论是，我们还不知道这些细菌是否能感知动物的细菌，但我们有证据表明它们生活在这些动物体内。”
“但我们了解到，我们可以使用作为制造磁铁的细菌特征的基因标签，并且我们已经在包括人类在内的各种动物体内鉴定了这些细菌的基因特征。”
菲塔克说，这类细菌通常生活在氧气稀少的沉积物或淤泥中。它们会组装微小的磁化铁“链”来帮助它们移动。
菲塔克表示，尚不清楚生物体是如何获得这些细菌的，但理论上可能是通过吸收或消耗获得。
“到目前为止，我们各个项目的结果表明，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够揭示它们是否只是偶然从环境中收集而来，是宿主动物磁感应的功能性组成部分，还是出于其他未知原因。”
关注海龟
菲塔克和他的学生研究团队专注于检查绿海龟和红海龟的样本，以进一步研究磁性细菌。
“海龟可以说是动物导航的典范，”他说，“我们一直在用海龟来验证我们的假设，因为它们能够非常准确地到达特定的地方。”
菲塔克说，将重点放在海龟身上是理所当然的下一步，因为众所周知，海龟身上有磁性细菌，而且它们依靠地球磁场来迁徙。他说，佛罗里达大学中佛罗里达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 Fitak 合作的博士生朱莉安娜·马丁 (Julianna Martin) 帮助分析和收集了近 150 个海龟样本。
“我在实验室里从样本中提取 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磁铁制造细菌，”她说。“如果没有 UCF 海龟研究小组的帮助，我无法收集样本。这是团队合作的结果。”
马丁和佛罗里达大学海龟研究小组的科学家们用软拭子轻轻采集了印度河泻湖中筑巢的雌性海龟（产卵时会进入一种近乎恍惚的状态）和幼龟的泪液样本。
马丁说，当海龟在陆地上时，它们会流出大量粘稠的泪水来保持眼睛湿润，收集这些泪水大约需要 30 秒。
“我们从泪管开始，因为泪管与神经相连，而神经又可能与动物的磁感有关，”她说，“从生物学角度看，研究泪管是合理的，而且收集海龟泪水也很容易。”
马丁表示，她对他们迄今为止的进展感到满意，但希望他们的动力能够推动他们的研究得出更明确的结论。
“这项研究真的令人兴奋，”她说。“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能制造磁铁的细菌。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‘它们从哪里来？’”
菲塔克表示，磁性细菌帮助动物导航这一独特发现的分享潜力实在令人惊叹。
“令人兴奋的是，能够告诉人们这个世界上存在着能制造磁铁的细菌，”他说。“人们都惊呆了，如果动物真的能利用这些磁性细菌来导航，那将是令人难以置信的。”
菲塔克鼓励对研究磁性细菌感兴趣的研究人员探索他所收集的数据。
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