我是誰?我在哪?我要幹嘛?那些微生物透過氣味洩漏的小秘密——《我擁群像》

  • 作者/艾德.楊(Ed Yong);譯者/田菡、楊仕音、劉蓉蓉

如果列出某個微生物群落中的所有物種,就可以知道它們是誰;如果列出這些微生物的所有基因,就可以知道它們有什麼能力1。但如果列出微生物產生的所有化學物質(它們的代謝物),你就可以知道這些物種實際上在做什麼

到目前為止,我們已經看到許多化學物質,例如共生因子多醣 A,以及麥克弗爾-奈發現能調控短尾烏賊的兩種 MAMP(微生物相關分子結構),除此之外,還有成千上萬種科學家們剛開始試著瞭解其功能的分子2

這些物質是動物與共生菌交流的方式,現在有許多科學家都試圖「竊聽」這些對話,不過「竊聽」的人不只他們。微生物製造的分子也可以釋出到宿主體外,飄盪在空氣中,把訊息傳到遠處。如果你到非洲莽原上,或許可以「嗅」到一點蛛絲馬跡。

非洲莽原上的微生物分子

所有非洲的大型掠食動物中,就屬斑點鬣狗 (spotted hyena) 最樂於社交。獅群可能有十幾頭,但一群鬣狗可以多達四十到八十隻。

這就是斑點鬣狗。圖/Wikipedia

牠們不會整群都一直待在同一個地方,而是一天之內多次拆散、重組成小群體。鬣狗群的社交動態,使牠們成為新一代野外生物學家研究的超棒主題。

「你可以觀察野外的獅子,但牠們只會躺在那裡;你也可以投入好幾年的時間研究狼群,但只會看到牠的糞便或聽到牠的嚎叫聲,」鬣狗迷凱文.賽伊斯 (Kevin Theis) 說,「但是研究鬣狗⋯⋯你會看到打招呼、入團、領導和順從的信號。你可以看到小鬣狗試圖在大家族中找到自己的位置,移入的雄鬣狗試圖觀察家族中有誰,牠們的社交生活非常複雜。」

鬣狗會使用各種不同的信號來應對複雜的社交,其中也包括化學訊息。斑點鬣狗會跨立在長草間,從屁股擠出氣味腺 (scent gland),當腺體擦過草莖,會在上面留下一層薄薄的黏液,顏色從黑到橘都有,質地有稠也有稀,而氣味呢⋯⋯「對我來說,它聞起來像發酵中的腐質土,但有些人覺得比較像切達起司或廉價肥皂。」賽伊斯說。

獅子王中也有斑點鬣狗的蹤跡喔!圖/GIPHY

賽伊斯已經研究鬣狗的黏液多年,但當有個同事問他,「細菌是否也有參與這種黏液的形成呢?」他被問倒了。

接著,他發現早在 70 年代,就有科學家提過類似的想法,認為許多哺乳動物的氣味腺中含有細菌,使裡面的脂肪和蛋白質發酵,產生不太好聞的氣味分子散播在空氣中。

微生物組成的差異是否可以解釋為什麼不同的動物都帶有其獨特的氣味呢?還記得聖地牙哥動物園有爆米花香味的貄貓嗎3

微生物也能當作身分徽章,透露宿主的健康狀況和其他資訊。當動物們互相玩耍、爭鬥和交配時,也可能分享彼此的微生物,使這群動物擁有牠們獨特的味道。這個假說挺合理的,但當年的人們很難進行驗證,不過幾十年過去,現在賽伊斯掌握新的遺傳檢測工具,這個問題迎刃而解。

他在肯亞從七十三隻被麻醉的鬣狗身上蒐集氣味腺黏液樣本,在定序常駐微生物的 DNA 後看見,新發現的細菌種類竟比之前所有研究所發現的總和還多。他還發現,這些細菌與其產生的化學物質在斑點鬣狗和條紋鬣狗間、不同群的斑點鬣狗間、雄性和雌性之間,以及是否處於發情期的個體之間都有差別4

連是否處於發情期的個體之間都有差別呢!圖/toyengel@Pixabay

也因為這些差異,氣味腺黏液就像用化學物質畫出的塗鴉,可以顯示留言者是誰、什麼物種、年紀多大,以及是否準備交配。鬣狗藉由讓草莖沾上有味道的微生物,在整片莽原上揮灑著自己的印記。

不過,這仍然是個假說。「我們必須能操控和氣味相關的微生物群落,看看氣味特徵是否會因此改變,」賽伊斯說,「然後,我們需要證明,當氣味改變時,鬣狗真的會注意到並做出反應。」

同時,科學家也在其他哺乳動物的氣味腺和尿液中發現類似的情形,包括蜥蜴、狐獴、獾、老鼠和蝙蝠。老狐獴的味道與「青春的芬芳」截然不同;公象的「男人味」也與母象的「女人香」不同。

這些氣味會不會能傳遞一些訊息呢?

接下來,輪到我們了。人類的腋下與鬣狗的氣味腺沒什麼不同,同樣溫暖潮濕,而且充滿細菌。

每個物種都有自己專屬的氣味,棒狀桿菌會將汗液轉化,發出類似洋蔥的味道,並將睾固酮轉化成香草或尿液的味道,或甚至沒有味道—端看嗅聞者的基因而定。

每個人都有自己獨門的味道。圖/StockSnap@Pixabay

這些氣味能當作有效的信號嗎?當然可以!

腋窩的微生物組成非常穩定,因此連帶使我們腋下的氣味也很固定。每個人都有自己獨門的味道,在一些實驗中,志願者能從 T 恤上的氣味區分衣服的主人,甚至可以分辨出同卵雙胞胎身上不同的氣味。我們或許就像鬣狗一樣,也可以藉由嗅出微生物發出的訊息,來蒐集彼此的資訊。

除了哺乳動物,沙漠飛蝗 (desert locust) 的腸道細菌會產生一些聚集費洛蒙,使原本孤身的昆蟲變得成群結隊,形成一個足以鋪天蓋地的大群集;德國蟑螂的腸道細菌也解釋了為什麼牠們都有聚集在彼此糞便周圍的噁心癖好;巨牧豆樹蟲 (giant mesquite bug) 依賴共生菌製造一種警戒費洛蒙,告知彼此小心危險5

動物為什麼要倚賴微生物製造這些化學信號呢?賽伊斯的理由與羅爾斯、金和哈德菲爾德相同:這是「不可避免的」。

世界各處都能被釋放揮發性化學物質的微生物占據,如果這些化學信號能反映出對某些特徵(比如性別、力量或生育能力)的有用線索,宿主動物就可能演化出能散發氣味的器官來滋養和保護這些微生物,使意外獲得的線索最終變成大鳴大放的公開信號。

因此,藉由製造出能在空氣中傳播的訊息,微生物可以把影響的範圍擴張到自己宿主以外,去改變其他動物的行為。如果這是對的,微生物可以影響宿主附近動物的群體行為,也就不足為奇了。

註解:

  1. 這是單就理論來說。實際上,我們仍不知道大多數這些基因的功能,但總有一天,知識的落差終究會被補齊。
  2. 微生物代謝物的重要性詳見 Dorrestein et al., 2014, Nicholson et al., 2012, and Sharon et al., 2014。
  3. 獵豹的尿液聞起來也像爆米花。如果你正在非洲莽原行駛,聞到濃郁的奶油爆米花香可要小心了。
  4. Theis et al., 2013.
  5. 氣味腺的研究:Archie and Theis, 2011;Ezenwa and Williams, 2014;同卵雙胞胎氣味研究:Roberts et al.,2005;蝗蟲、蟑螂和巨牧豆樹蟲的研究:Becerra et al., 2015;Dillon et al., 2000;Wada-Katsumata et al., 2015.

——本書摘自《我擁群像:栽進體內的微米宇宙,看生物如何與看不見的微生物互相算計、威脅、合作、保護,塑造大自然的全貌》,2019 年 10 月,臉譜出版

 


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