野生刺鱼种群中抗捕食行为、寄生虫感染与肠道微生物组的相互作用机制研究

本研究针对水生生物应激行为与微生物组关系的认知空白，以冰岛两种生态型湖泊（清澈的Galtabol和浑浊的Pristikla）的刺鱼为模型，通过机器人捕食者模拟实验结合肠道微生物组分析，揭示了种群适应性行为差异与寄生虫感染显著影响微生物组结构（如Pseudoalteromonas种群差异，Aeromonas在感染个体富集），并发现微生物组与行为（如游动速度、胆量）存在潜在关联。该研究为野外环境中"肠-脑轴"的复杂性提供了新证据，发表于《npj Biofilms and Microbiomes》，对理解宿主-微生物-环境互作具有重要生态意义。

　　

在自然界中，捕食压力和寄生虫感染是塑造动物行为与生理的关键选择压力。三刺刺鱼（Gasterosteus aculeatus）作为进化生物学经典模型，其种群间存在显著的抗捕食行为差异，但行为差异与肠道微生物组的关系仍属未知。同时，寄生虫如绦虫Schistocephalus solidus可通过改变宿主行为（如降低逃逸效率、增加冒险行为）促进自身传播，这种"宿主操纵"现象是否与微生物组互作尚不清楚。更复杂的是，不同生态环境（如冰川融水形成的浑浊湖泊与泉水形成的清澈湖泊）可能通过感官环境差异影响宿主行为与微生物群落。这些多维度的相互作用，构成了理解野生动物适应性进化的核心问题。

瑞典农业科学大学（Swedish University of Agricultural Sciences）的Javier Edo Varg团队联合美国密歇根州立大学等机构，在《npj Biofilms and Microbiomes》发表研究，通过整合行为学实验、寄生虫检测和宏基因组测序技术，首次系统解析了野生刺鱼种群中行为-寄生虫-微生物组的复杂互作网络。研究人员采用机器人鳟鱼模拟捕食攻击，量化了刺鱼的游动距离、角速度和中心区域停留时间（胆量指标），同时通过16S rRNA基因测序分析肠道菌群，结合多组学因子分析（MOFA）探索行为与微生物组的关联。

关键实验技术：

1. 机器人捕食者标准化行为刺激（视频追踪分析）
2. 肠道样本DNA/RNA同步提取（Allprep?试剂盒）
3. 宏基因组测序（Illumina NovaSeq 6000，Kraken2物种注释）
4. 多组学整合分析（MOFA2模型）
5. 跨种群比较设计（冰岛Galtabol与Pristikla湖泊野生种群）

行为差异与捕食响应
研究发现两种生态型刺鱼基线行为显著不同：清澈湖泊Galtabol个体游动距离更长（27.18±1.63 mm vs 24.51±2.33 mm），而浑浊湖泊Pristikla个体角速度更高（2.25±0.04° vs 2.36±0.06°）。机器人捕食者存在时，两种群均减少活动量但增加中心区域停留时间（胆量增加61.58±20.09秒），但攻击后Galtabol个体角速度升高而Pristikla个体降低，显示种群特异性应激响应模式。

寄生虫的"胆量操纵"效应
感染S. solidus的个体表现出更显著的冒险行为，中心停留时间比未感染个体增加84.07±29.96秒（p=0.002），这与寄生虫通过增加宿主被捕食概率促进自身传播的假说一致。值得注意的是，这种效应在两种生态型中均存在，提示寄生虫操纵行为的机制可能独立于宿主生态适应。

微生物组种群差异
尽管种群仅解释4.2%的微生物组变异（PERMANOVA，F=1.93），但海洋菌属Pseudoalteromonas在Galtabol个体中显著富集（校正p<0.001）。两种群共享核心菌群如链霉菌（Streptomyces）和北里孢菌（Kitasatospora），后者产生抗蠕虫代谢物的能力可能影响寄生虫感染。

寄生虫驱动的菌群失调
感染个体表现出α多样性降低（Shannon指数下降，p<0.05）和特定病原菌富集，如气单胞菌（Aeromonas）和Labrenzia增加3-5倍，而潜在有益菌Shewanella减少。MOFA分析揭示这些变化与胆量行为正相关（因子4，r=0.42），暗示寄生虫可能通过改变菌群间接调控宿主行为。

肠-脑轴的微弱信号
虽然整体微生物组在捕食暴露前后无差异，但MOFA识别出特定菌属与行为的相关性：动物相关菌Clostridioides与游动速度正相关（因子1，R²=0.33），而环境菌Paracoccus与攻击前活动水平关联（因子3）。这些发现为野外系统中菌群-行为互作提供了初步证据，但效应值较小（<1%变异解释度），反映自然条件下多因素调控的复杂性。

该研究开创性地将行为生态学与微生物组学结合，证明：

1. 寄生虫感染通过改变菌群组成（如富集Aeromonas）和增加宿主胆量，可能形成"感染-菌群-行为"的协同进化循环；
2. 不同生态型刺鱼的菌群差异主要反映环境过滤而非直接的行为调控，支持"宿主选择主导"的微生物组组装理论；
3. 野外系统中肠-脑轴关联较弱，可能与实验室研究中"无菌动物-单一应激源"的简化模型形成对比，突显自然条件下宿主-微生物共适应的稳健性。

这些发现为理解野生动物行为可塑性提供了新维度，提示未来研究需通过菌群移植实验（如将"勇敢型"菌群转移至胆小个体）验证因果关系。此外，冰川湖泊与泉水湖泊的对比设计，为预测气候变化（如冰川消退）对宿主-微生物互作的影响提供了模型系统。研究也警示在行为生态学实验中需控制寄生虫感染状态，否则可能混淆对适应性行为的解释。