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兩年前，南希·莫蘭帶著 12 萬隻蜜蜂從耶魯大學搬到了德克薩斯大學奧斯汀分校。蜜蜂以生活在大型社會群體中而聞名，但莫蘭感興趣的不僅僅是蜂巢：她正在深入研究與蜜蜂共同進化的多樣化細菌生態系統，這個群體有助於蜂巢的健康及其對感染的抵抗力。
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蜜蜂及其微生物群只是共生現象的一個例子——這是兩個物種之間通常對雙方都有幫助的密切關係。共生可以採取多種形式。清潔魚會從其他魚身上刮掉死皮，並在此過程中獲得食物。生活在我們腸道中的無數微生物幫助我們消化某些食物。
但莫蘭的大部分工作都集中在一種更深層次的夥伴關係上，這種夥伴關係涉及稱為內共生體的微生物，這些微生物從宿主傳遞給後代。莫蘭與她的合作者保羅·鮑曼（加州大學戴維斯分校的細菌學家）一起，揭示了這些宿主-微生物關係的緊密交織性質。許多配對已經完全依賴彼此，有些甚至交換基因。她的研究主要集中在蚜蟲（一種以汁液為食、侵擾植物的昆蟲）上。蚜蟲離不開一種叫做蚜蟲布赫納氏菌的微生物，這種微生物生活在昆蟲體內，併為其提供必需的營養。
莫蘭現在正在蜜蜂身上進行類似的工作，她的研究最終可能幫助科學家瞭解蜂群崩潰症，這種神秘的瘟疫正在摧毀蜜蜂種群。莫蘭希望進化生物學家的視角也能為深入瞭解人類微生物組（生活在我們體內和體外的微生物集合）的工作原理提供重要的見解，人類微生物組已成為人類健康領域的熱門話題。
量子雜誌於 7 月在維也納舉行的分子生物學與進化協會會議上採訪了莫蘭，她在會上展示了她關於蜜蜂的最新研究。以下是採訪的編輯和精簡版本。
量子雜誌：當您在 20 世紀 80 年代開始研究時，共生領域是什麼樣的？
南希·莫蘭：當時，這是一個生物學領域的邊緣課題。大多數共生體無法在其宿主之外進行研究，而且每個人都忽略了它們。研究它們的工具非常有限。然後在 20 世紀 80 年代，出現了新的分子方法，可以擴增 DNA，然後對其進行測序。
您如何使用這些工具來研究共生現象？
我們做的第一件事之一是為蚜蟲及其常駐細菌布赫納氏菌建立進化樹。我們發現它們已經共同進化了超過 1 億年，自從蚜蟲首次出現以來。基本上沒有共生體，蚜蟲就不會存在。我們發現這種模式非常普遍。昆蟲的主要類群之所以進化出來，是因為它們擁有共生體。
共生體如何幫助它們的昆蟲宿主？
它們通常提供營養。蚜蟲以植物汁液為生，植物汁液不適合動物，因為它不含所有必需氨基酸。布赫納氏菌為它們製造必需氨基酸。採食血液的舌蠅有一種共生體，可以製造 B 族維生素。透過基因組學，我們已經能夠找到製造氨基酸或維生素等營養素所需的精確基因。
共生體如何響應其宿主而變化？
當我們開始對共生細菌的整個基因組進行測序時，我們意識到它們具有不尋常的基因進化模式。內共生體通常會丟失大量基因。事實上，當我們開始時，一些內共生體基因組的極端微小性令人驚訝，以至於我們不相信最初的結果。對於蚜蟲-布赫納氏菌案例，布赫納氏菌共生體的基因組大小曾被預測為大腸桿菌基因組大小的七倍，但實際上只有七分之一大小！
當共生體與宿主如此緊密地結合在一起時，結果就像一個全新的生物，宿主和共生體的融合，現在具有兩者單獨都不具備的能力。
您發現有時共生關係比簡單的宿主和共生體更復雜。您能給我們舉個例子嗎？
蚜蟲有共生細菌，稱為漢密爾頓氏防禦菌，可以保護它們免受黃蜂的侵害。但只有當細菌感染了某種病毒時，它們才具有保護作用。因此，病毒在共生體內，在蚜蟲體內，保護著它們所有。這是一個多層次的系統；如果蚜蟲對黃蜂具有抵抗力，那麼三者都有益。
我認為我被進化過程中出現的這些事物的複雜性所吸引。它們看起來如此複雜和精細，但如果你考慮選擇如何在不同層面發揮作用，你就可以理解它們。
共生一詞通常指的是兩個物種之間有益的關係。但您警告說，它也可能存在缺點。
共生體並不總是好的。細菌的進化利益可能與宿主的利益一致，也可能與宿主的利益相悖。共生細菌可能會進化到有利於宿主，以便宿主能夠活得更久（並繼續為細菌提供家園）。或者細菌可能會殺死宿主，以便宿主屍體能夠傳播微生物。例如，發光桿菌是線蟲的腸道共生體。線蟲會侵入昆蟲，而發光桿菌會離開線蟲，感染昆蟲並殺死它。然後線蟲吸收細菌並轉移到新的宿主。
在過去的幾年裡，您從研究蚜蟲和內共生體轉向研究蜜蜂及其微生物。是什麼啟發了這種轉變？
很難對內共生體進行實驗，因為生物體需要它們才能生存。你不能去除共生體，然後看看會發生什麼。
是什麼吸引您研究蜜蜂？
蜜蜂是社會性昆蟲，這為微生物從動物到動物的轉移提供了機會。這樣，蜜蜂微生物組很像人類微生物組。
蜜蜂微生物組如何幫助我們理解人類微生物組？
不同的蜂群有不同的菌株和不同的基因集合，正如人們有自己獨特的微生物集合一樣。
在人類微生物組研究中，微生物組與健康之間的聯絡是相關的。我們很少有因果資料。在蜜蜂身上，我們可以進行更直接的實驗。我們可以對蜂群做一些事情，看看它是否興旺或衰敗。例如，我們在實驗室中分離蛹，並將特定的細菌接種到新生的成年蜜蜂體內。這是一個更簡單的系統，但仍然很複雜。
您希望瞭解蜜蜂健康的哪些方面？
清潔的蜜蜂，即沒有微生物的蜜蜂，可能更難應對環境挑戰，例如食物短缺、壓力和病原體。有一些證據表明，某些細菌菌株可以保護蜜蜂免受 RNA 病毒的侵害，RNA 病毒是該物種最常見和最致命的病原體。這種病毒在蜜蜂中廣泛傳播，它會殺死一些蜂群，但在另一些蜂群中似乎是無害的。為什麼？這可能與微生物組以及蜂群的復原力有關。
您的工作會找出蜂群崩潰症的潛在原因嗎？
目前這只是猜測。但你可以想象，天然的蜂群很少接觸其他蜂群。微生物只有在其宿主蜂群存活的情況下才能存活。但商業蜜蜂的飼養密度比野外更高，因此微生物在蜂群之間傳播的機會更多。如果你取出大量蜂群並將它們相隔幾英尺放置，你可能會創造出這樣的條件：從微生物的角度來看，入侵其他蜂群而不是依賴單一宿主更有優勢。[從微生物的角度來看] 這可能會選擇對蜂群有害的細菌——例如，那些導致蜜蜂腹瀉並傳播微生物的細菌。基於人類病原體的建模研究表明，大量的社會接觸可能會產生更具危害性的微生物。
在過去的 30 年裡，共生現象已經從一個不受歡迎的研究領域轉變為一個熱門話題——人類微生物組是數千篇出版物的主題。最新的研究缺少什麼？
如今，我們看到了許多假設多樣化的微生物群是好事的頭條新聞。即使在生物學家中——除了進化生物學家之外——普遍的基調也是一切都是有益的。但多樣性可能好也可能壞。進化的視角可能會提供一些平衡。我們需要了解不同層面的進化過程，例如宿主與其微生物之間，以及生活在宿主體內的不同種類細菌之間。
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