作者无任何利益冲突需要披露。

共生的层次——可视化白蚁后肠微生物群落

Layers of Symbiosis - Visualizing the Termite Hindgut Microbial Community

Jared Leadbetter 带我们进行了一次自然观察之旅，探索白蚁后肠中栖息的生命多样性——这个微环境中包含了地球上其他地方都不存在的 250 种不同物种。Jared 揭示，该系统所展现的共生关系具有多重层次，不仅涉及白蚁与其肠道内共生生物之间的相互作用，还包括肠道微生物彼此之间形成的复杂共生网络。

Jared Leadbetter 带我们进行了一次自然观察之旅，探索白蚁后肠中栖息的生命多样性——这个微环境包含了地球上其他任何地方都找不到的 250 种不同物种。Jared 揭示，该系统所展现的共生关系具有多重层次，不仅涉及白蚁与其肠道内共生生物之间的相互作用，还包括肠道微生物彼此之间形成的复杂共生网络。

Jared Leadbetter 带我们进行一次自然观察，探索白蚁后肠中栖息的生命多样性——这一微环境包含 250 种不同的……

因此，我有时会告诉别人，对我来说，这有点像是在微观版的《爱丽丝梦游仙境》中进行生态旅游，因为我只要观察这些微生物，就会觉得这本身就是一次美妙的自然漫步，甚至在尚未对这一系统开展任何其他类型的研究之前就已经如此。实际上，通过光学显微镜观察这些微生物有多种方法。借助这台显微镜，我们可以进行暗视野显微观察，此时细胞会呈现为白色，或在深色背景上以白色轮廓显现。我们可以进行相差显微镜观察，其中细胞或细胞边缘在灰色背景上呈现为暗色。我们也可以进行常规的明场显微镜观察，除非样品被染色，否则几乎看不到任何结构，但此时能够观察到样品的真实颜色。因此，如果您的样本呈绿色或红色，您实际上可以在细胞中观察到这种颜色。我们还具备进行微分干涉差显微镜（DIC显微镜）观察的能力。微分干涉差显微镜与仅提供黑白或深浅灰度对比的传统成像方式不同，它能提供类似月球表面景观的边缘对比效果：当您用双筒望远镜观察月亮时，整个视野是灰色的，但一旦聚焦准确，就能非常清晰地看到各种边缘结构。目前我已设置好使用微分干涉差（DIC）来观察样品。这种方法能够更清晰地显示细胞的表面纹理以及细胞内部的结构（如果细胞较大且具有这些结构）。而在其他类型的显微镜下，整个细胞可能仅呈现为浅灰色背景上的灰色图像，或黑色背景上的白色图像；而在此处，你将开始观察到细胞表面甚至细胞内部的实际纹理。对于我们所拥有的许多原生动物，以及较大的真核生物而言，这种方法不仅能够观察到细胞内的结构，还可能看到木屑颗粒。目前我们正在观察两种肠道原生动物，它们属于opsis属。这些是能够降解纤维素的原生动物。现在，对于位于视野正中央的这个个体，我可以稍微调整一下，以增强其边缘的对比度。效果有时好有时差。好的。哦，这看起来非常清晰。例如，这是一种与毛滴虫相关的大型原生动物，它开始出现出芽现象，正在开始发病。这些侧边的小泡状结构就是如此形成的。你可以利用微分干涉差（DIC）技术来获得真正的光学切片效果。因此，我将从表面开始逐步深入观察。你开始看到表面逐渐聚焦。看起来表面布满了许多长条状的线条和沟槽。现在我正在进入细胞内部，正穿过细胞的另一侧。如果在细胞的后侧进行此操作，您就可以观察到细胞核。现在我向上移动，先观察表面，接着看到细胞核，然后开始看到另一侧。我可以进行对比，比如相位对比，效果看起来不错。这是边缘反差效果。看起来也不错，只是个人偏好问题。对于一些较薄的细胞，这种相差显微效果更佳。实际上我们在这里看到了两个原口动物。一个是位于中央、带有这些细小褶边的个体，另一个看起来像一捆小棒。微分干涉差（DIC）成像技术清晰地凸显了这些结构特征。你可以进行一些调整，这有点类似于烹饪。你可以根据需要进行调整，即观察你的样本，并针对该特定样本的细胞结构特点进行优化，以凸显其某些纹理特征。这几乎是通过经验确定的。现在，我将尝试寻找一些其他值得观察的物体。这是在暗视野下观察。现在，在黑色背景上呈现亮白色的生物材料中，我们可以看到较大的三叉结构以及较小的束状原生动物间质。放大观察时，这些细长、几乎呈蠕虫状的小型原生动物在较大的细胞周围快速移动。因此，这些快速移动的小型生物即为原生动物。因此，在这一环境中可以发现多种不同大小的原生动物。有这些体型较大的三鞭毛虫，有中等大小的三眼虫，还有这些细长的、表面覆盖细菌的纤细丝状体（stroma STRs）。我们可以观察到其中一些三眼虫和丝状体。St stroma STRs 是一束细棒状结构。Tri opsis 是一种微小而美丽的生物，具有细小的褶边结构，能够快速绕细胞运动，还有较大的 trifa。这就是 tri opsis。这是唯一一种曾在体外培养并被研究过的白蚁肠道原生动物，大约20年前有关该原生生物的论文发表了三四篇。此后该培养物丢失，再无人能够成功再次培养。但这些对该生物的研究证实，这种原生动物能够发酵纤维素和木聚糖（即戊糖和己糖聚合物，存在于木材中），并产生乙酸、氢气和CO2。我稍微放大观察一下。可以看到一些棘状体，在视野中央有一个清晰的微分干涉相差（DIC）图像，显示的是顶端的棘状体。你可以看到它的线圈。整齐规则的线圈。我看到它在移动。哦，它还活着，但其中一些样本已被氧气轻微损伤。因为许多这类生物会被氧气毒害。有时制作湿片能成功观察到，有时则不行。但事实上，这确实是一个真正的布特。我就来看看这里的原生动物。这里有两三个。这些细长的原生动物看起来好像带有条纹。当你用微分干涉差显微镜（DIC）观察它们时，这种条纹特征尤为明显。我总是说它们是法西斯原生动物。我这样说是什么意思呢？你知道，拉丁语中的“fasis”一词描述的是十分硬币背面的那捆棍棒。这个词实际上也描述了“合众为一”（e pluribus unum）的理念，即许多个体中蕴含着统一的整体。我将此称为“法西斯原口动物”（fascist protosome），因为蛋白酶体（proteasome）本身实际上非常纤细。关于这种生物，我们所知甚少，但研究表明，这种原生生物体表覆盖着一层细长的细菌。因此，它是一种细长杆状的原生真核生物，其表面覆盖着大量类似长毛的细菌；在这里你可以看到，其中一些“毛发”实际上已经开始轻微磨损并脱落。但这类结构在观察中十分常见。而在功能上，我们完全不清楚它们的作用。因此，这是一个值得观察的示例，它给人以启发，让我意识到其中存在大量这类原生动物。我们可以观察宿主及其细胞的系统发育关系。我们了解这种原生动物是什么，也知道附着于其上的细菌种类。但我们尚不清楚这种原生动物或这些细菌各自的功能。它们的生理特性是什么？它们以什么为食？它们会产生什么物质？它们如何与其他微生物相互作用？这些产物如何影响其他微生物或宿主？因此，从功能上讲，我们尚不清楚它们在这一复杂图景中所处的位置。我们在这里观察到的大量细胞很可能都参与了共生关系，处于互惠互利的共生状态。这些是有益微生物，确实会向系统和/或宿主提供某些物质。但在本案例中，细节决定成败。实际上我们无法确定，不能确切地说出这些生物的作用。事实上，我对这些生物的功能也没有真正的假设。我的意思是，这很有趣，因为那些原生动物本身表面就覆盖着细菌。因此，这就像是层层叠加的共生关系。而其他一些原生动物可以看到它们已将木屑颗粒吞入细胞质或细胞内，但这些原生动物并无任何证据表明其会吞入木屑颗粒。因此，我们甚至不能简单地说它们在降解木材。我并不确定它们是否真的在降解木材。更有可能的是，它们将这些细菌定位于原生动物肠道内的某个位置，使细菌能够执行某些功能，进而为原生动物提供营养，这体现了共生关系中嵌套的另一种共生现象。如果我们观察这个三卡尼法，这里所看到的这种较大的原生动物，其形态类似于被压扁的三卡。我们可以看到，它具有从前端到后端延伸的长条状条纹。但如果再仔细观察，会发现在其前端有这些微小的黑点。这些也是细菌。而这种原生动物则同时具有外共生和内共生关系。其表面覆盖着一层细菌，同时在细胞内也含有细菌。而且，我们仍然不了解这些细菌在表面或内部的生理特性。我们大致知道这些原生动物能够发酵纤维素和木聚糖，但我们并不清楚这些细菌在其中扮演什么角色。因此，我们遗漏了一些基本的东西。因此，我喜欢这个系统，因为它具有高度的多样性，且充满动态变化，我们已经学到了很多。但实际上，我认为我们未知的远多于已知的。

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科研

JoVE Journal

Biology

生物学

共生层 - 可视化的白蚁后肠微生物群落

California Institute of Technology - Caltech.  贾里德 - 利百特性质步行通过白蚁后肠中的居民生活的多样性 - 一个包含250个不同品种的微环境，发现地球上无处。贾里德揭示，由这个系统所表现出的共生是多层次的，不仅涉及白蚁及其肠道居民之间的关系，而且还涉及一个复杂的网络之间共生的肠道微生物本身。

Summary

Jared Leadbetter 带我们进行了一次自然观察之旅，探索白蚁后肠中栖息的生命多样性——这个微环境中包含了地球上其他地方都不存在的 250 种不同物种。Jared 揭示，该系统所展现的共生关系具有多重层次，不仅涉及白蚁与其肠道内共生生物之间的相互作用，还包括肠道微生物彼此之间形成的复杂共生网络。

共生的层次——可视化白蚁后肠微生物群落

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