基尔研究小组使用近乎自然的堆肥中生态实验来证明蠕虫宿主和相关微生物共同介导对新环境的适应所有多细胞生物体——从最简单的动物和植物生物体到人类——都与各种微生物(称为微生物组)密切相关，微生物在其组织上和组织内定殖，并与宿主形成共生关系。许多重要功能，如营养吸收、免疫系统调节甚至神经过程，都是宿主有机体和微生物共生体之间相互作用的结果。

宿主和微生物之间的功能合作，科学家们称之为元有机体，正在基尔大学合作研究中心(CRC)1182“元有机体的起源和功能”中进行详细研究。

科学家认为微生物组可以对整个生物体的环境适应做出重大贡献。这可能是由于微生物的快速适应能力，它们对环境条件变化的反应比宿主生物快许多倍。

大量研究已经表明，微生物组通过改变其物种组成来响应不断变化的环境因素(例如较高的温度)，从而有助于宿主生物体的环境适应。然而，迄今为止，许多研究仅关注微生物组，而不是宿主。

基尔大学动物研究所HinrichSchulenburg教授领导的进化生态学和遗传学小组的研究人员现在在一项新研究中重点关注宿主生物和微生物组的共同影响。为此，他们开发了一种创新的培养方法来研究代谢生物对新环境条件的适应：线虫秀丽隐杆线虫在超过100天的长期实验中与最初指定的微生物选择一起在复杂和近乎自然的环境下进化而来。堆肥栖息地的环境条件。

研究人员随后分析了宿主和微生物组的变化，发现在某些条件下，两者共同促进了整个生物体对新环境的最佳适应。基尔研究人员与美国俄勒冈大学的BrendanBohannan教授及其团队合作进行了这项研究，最近在《ISME杂志》上发表了他们的研究结果。

臭堆肥可以让我们深入了解环境适应过程

由于秀丽隐杆线虫的世代时间非常短，仅约三天半，因此它特别适合研究进化机制。舒伦堡研究小组参与的早期研究鉴定了蠕虫的天然微生物组或表征了某些微生物组功能，例如病原体防御。

然而，目前尚不清楚宿主和微生物组如何在较长时间跨度内共同进化，从而对其自然环境中的可变因素做出反应。为了解决这个问题，基尔研究小组在接近自然的条件下长期研究了秀丽隐杆线虫及其微生物组。

“在自然界中，这种蠕虫以腐烂的有机材料为生，例如水果和蔬菜。我们试图在受控的实验室条件下重建这样的堆肥环境，并开发了基于植物材料的所谓中生态系统。在这些人工堆肥栖息地的帮助下，“我们成功地为蠕虫及其微生物组创造了一个可持续的栖息地。与此同时，蠕虫在这种环境中连续生存了近两年，这对人眼来说尤其令人厌恶，”研究人员之一的卡罗拉·彼得森博士解释道。第一作者和舒伦堡小组的研究员。

宿主和微生物组可以共同促进环境适应

100天后(相当于大约30代蠕虫)，研究小组从该实验室堆肥中分离出秀丽隐杆线虫及其微生物组样本。然后，他们采用所谓的普通花园方法进行了各种实验，以确定微生物组组成和宿主遗传学的影响关于代谢有机体的适应。

“为了做到这一点，我们将原始和进化的蠕虫和微生物以所有可能的组合聚集在一起，并在新的中生态堆肥箱和琼脂平板上的近自然环境中培养每一种。然后，我们使用各种参数来确定微生物的适应性作为一个整体，”CRC1182成员Petersen解释道。

“特别引人注目的是一个特定盒子中的蠕虫的高适应度值，与其他实验复制品相比，其种群数量惊人地繁盛。与原始种群相比，这些蠕虫在基因表达上表现出强烈的偏差，尽管它们具有相同的基因表达原始微生物群，”彼得森强调。

因此，这种健康优势是由基因控制的，因此也是一种环境适应。生物体作为一个整体的优势似乎体现在应激反应的改善上，这有助于蠕虫应对复杂的环境，例如堆肥栖息地及其众多的结构和生理挑战。

此外，研究人员还能够证明，进化的微生物组也有助于蠕虫的健康优势：“种群增长增加的明显效果仅在存在适应微生物的堆肥环境中可见，但在琼脂平板上却看不到。因此，这一成分也对线虫种群的适应性产生了高度特定的影响，”彼得森继续说道。

总的来说，该研究以微生物组组成和线虫基因表达的特定变化的形式提供了实验证据，表明对新环境的适应可以受到宿主和微生物组的共同影响。

新颖的模型系统可以量化宿主遗传学和微生物组的影响

CRC1182副发言人Schulenburg表示：“这些环境适应通常基于定量的遗传变化。微生物组如何与宿主的遗传相互作用以改善关节健康，尚未得到详细研究。”

“通过我们新颖的中生态系统，我们首次创造了可重复的条件，使我们不仅能够确认宿主和微生物组对这一适应过程的贡献，而且还能够量化未来所涉及的机制和过程，”舒伦堡补充道。为此，CRC1182研究人员希望在进一步的研究中广泛分析从长期实验中获得的蠕虫和微生物的遗传数据，以详细阐明宿主和微生物基因对进化适应的影响。

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