吃肉改吃素，腸道里的微生物同意嗎？

大熊貓可不是生來就吃素，它的祖先是不折不扣的食肉動物。在分類學(xué)中，它們被劃入食肉目、熊科。

然而經(jīng)過幾百萬年嚴酷的生存競爭和自然選擇，大熊貓變得越來越挑食。它們?nèi)缃竦氖匙V里，99%都是竹子。但與此同時，它們的牙齒和消化道還保留著食肉動物的特征。

大熊貓是如何用吃肉的腸胃來消化竹子的呢？早在2011年，魏輔文團隊就開創(chuàng)性地將宏基因組測序技術(shù)應(yīng)用到野生動物腸道微生物組研究中，證明大熊貓之所以能消化竹子中的纖維素與半纖維素，關(guān)鍵在于梭菌類的腸道微生物。

2017年，這個團隊又發(fā)現(xiàn)秦嶺大熊貓“春末夏初吃竹筍，其他季節(jié)吃竹葉”的習(xí)性，可以誘導(dǎo)腸道微生物的季節(jié)性動態(tài)。2021年，他們進一步應(yīng)用多組學(xué)方法揭示了大熊貓腸道微生物與竹子中次生代謝產(chǎn)物的互作機制。

至此，研究團隊已經(jīng)闡明了腸道微生物在大熊貓獨特食性中發(fā)揮的重要作用。

“食物影響著動物腸道微生物的組成和功能，反過來，腸道微生物又對動物的食性適應(yīng)及營養(yǎng)代謝等方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用。”論文共同通訊作者之一、中國科學(xué)院院士魏輔文說，“而大熊貓的特殊習(xí)性，決定了它是研究宿主食性與腸道微生物共演化的理想模型?！?/p>

腸道微生物的季節(jié)性動態(tài)，幫助大熊貓達到營養(yǎng)利用最大化（課題組供圖）

頓頓健身餐？啃竹筍照樣能囤肉！

雖然現(xiàn)代人常?！罢勚儭?，但對動物來說，脂質(zhì)其實是機體生長發(fā)育、繁殖等生命活動必不可少的重要營養(yǎng)物質(zhì)。

因此，高纖維、低脂肪的竹子并不是大多數(shù)野生動物的理想食物。那么大熊貓是如何依靠頓頓吃竹子維持生長活動所需的能量和營養(yǎng)的？又是怎么長成最重可達180kg的“滾滾”的？

為解答這個問題，研究團隊聯(lián)合中國人民解放軍陸軍軍醫(yī)大學(xué)教授魏泓首次利用糞菌移植方法和無菌小鼠，分別構(gòu)建了大熊貓食葉季腸菌和食筍季腸菌定植的小鼠模型，結(jié)合宏基因組、宏蛋白組、代謝組和轉(zhuǎn)錄組等多組學(xué)方法，研究人員終于鎖定了一種關(guān)鍵的腸道細菌——丁酸梭菌。

“我們發(fā)現(xiàn)，在大熊貓以竹筍為主要食物的季節(jié)，腸道中的丁酸梭菌會更加富集。這讓大熊貓對竹筍中的粗纖維降解消化更加充分，產(chǎn)生了更多的丁酸鹽?！?strong>論文共同第一作者、中國科學(xué)院動物研究所助理研究員黃廣平說，“這跟大熊貓在食筍期體重顯著增加的現(xiàn)象相匹配，證明食筍期是大熊貓補充能量和營養(yǎng)物質(zhì)的關(guān)鍵時期。”

揭秘分子機制？關(guān)鍵物質(zhì)浮出水面！

研究人員在實驗中發(fā)現(xiàn)，植入食筍季腸菌的小鼠明顯胖得更快。與移植食葉季腸菌的小鼠相比，這些小鼠的生物節(jié)律核心基因出現(xiàn)了表達差異，進而影響到動物的磷脂代謝。

研究人員分析，這個過程可能與丁酸鹽的作用密切相關(guān)。

為了驗證這一點，研究人員用丁酸鹽飼喂沒有移植外來腸道菌群的小鼠，發(fā)現(xiàn)這些小鼠的磷脂合成代謝功能顯著增強，滿足了機體對脂質(zhì)的需求——與移植食筍季腸菌的小鼠表現(xiàn)一樣，類似于食筍季大熊貓的代謝特征。

至此，大熊貓如何充分利用竹子中的營養(yǎng)物質(zhì)，滿足自身的營養(yǎng)需求，已經(jīng)有了合理的解答。

“我們的研究首次建立了珍稀動物糞菌移植小鼠研究模型，探討了大熊貓對高纖維低脂類食物的適應(yīng)性演化的分子機制，為非模式動物與其腸道微生物的互作機制研究提供了重要參考，同時也將非模式動物腸道微生物與宿主表型之間的關(guān)聯(lián)分析推向了因果關(guān)系解析?！蔽狠o文說。

編輯 | 余   荷