人类扰动与食性特化驱动叶猴肠道微生物组物种水平响应：第四层级生物多样性（共生微生物多样性）的保护启示

本研究通过整合全长16S rRNA测序与深度宏基因组学技术，首次在物种水平揭示濒危白头叶猴和黑叶猴肠道微生物组对人类扰动与特殊食性生态位的响应机制。研究发现人类活动促进人源相关微生物（如毛螺菌科Lachnospiraceae、普雷沃氏菌科Prevotellaceae）的定植，同时通过1199个宏基因组组装基因组（MAGs）鉴定出具有纤维素降解（如GH5家族糖苷水解酶）和草酸盐代谢功能的关键菌群，为灵长类适应高纤维-高草酸盐的喀斯特环境提供微生物解决方案，提出将"共生微生物多样性"作为生物多样性保护第四维度的创新理念。

　　

研究背景与意义

灵长类动物正面临种群衰退危机，约75%的非人灵长类因森林砍伐和栖息地丧失而濒危。传统生物多样性保护聚焦遗传、物种和生态系统三个层级，但最新研究表明肠道微生物作为"第二基因组"在宿主营养吸收、健康维持和环境适应中发挥关键作用。本研究以中国特有的喀斯特石山栖息物种——白头叶猴和黑叶猴为模型，探讨人类扰动梯度下肠道微生物组的物种水平响应与功能适应机制。

研究方法与设计

研究采用多学科整合方法：通过景观遗传学分析人类扰动强度（耕地、村庄、道路的加权评估）；营养学分析食性组成；行为学观察摄食策略；结合237份样本的全长16S rRNA测序（PacBio SMRT技术）和47个深度宏基因组测序（约3T数据量），最终从1199个非冗余高质量宏基因组组装基因组（MAGs）中解析微生物功能潜能。

人类扰动驱动的微生物组变化

研究发现随着人类扰动强度增加（从野生广西黑叶猴HYHGX→白头叶猴BTYH→贵州黑叶猴HYHGZ→动物园群体YHZOO），4类人源相关微生物（HDR）显著富集：毛螺菌科（Lachnospiraceae）、拟杆菌科S24-7群（Bacteroidales S24-7 group）、普雷沃氏菌科（Prevotellaceae）和螺旋体科（Spirochaetaceae）。典型人源菌如Treponema pectinovorum（牙周病相关）和Treponema succinifaciens（猪源分离）在扰动强度高的群体中检出，表明通过直接接触或共享环境可能发生微生物传播。动物园群体中Prevotellaceae和Lachnospiraceae的富集与高糖低纤维饮食（玉米高粱馒头、水果）相关，而贵州黑叶猴因频繁进入村庄取食农作物（玉米、红薯）呈现类似变化。

环境微生物的输入效应

通过SourceTracker分析发现，白头叶猴肠道微生物中9-12%可能源自环境微生物（水源和食物）。核心ASV分析鉴定出Pandoraea norimbergensis（环境常见水源细菌）在栖息地土壤、水源和食物中广泛存在，证实环境-宿主微生物传输。季节性行为差异进一步影响传输模式：旱季高频饮水增加水源微生物输入，雨季通过植物性食物摄入环境微生物。

膳食多糖降解的微生物适应

基于1199个MAGs的比较基因组学揭示叶猴肠道微生物具有强大的多糖降解能力。177个MAGs携带纤维素降解关键酶：内切葡聚糖酶（EC 3.2.1.4）、β-葡萄糖苷酶（EC 3.2.1.21）和纤维二糖水解酶（EC 3.2.1.91），主要分布于Ruminococcaceae（43个MAGs）、Lachnospiraceae（55个MAGs）和Christensenellales_CAG-74（8个MAGs）。值得注意的是，6个"超级降解菌"同时携带三种酶，其中5个来自广西黑叶猴样本，包括Cellvibrio（变形菌门）、Nocardiopsis（放线菌门）和Cellulomonas（放线菌门）等具有强纤维素降解能力的菌属。GH5家族糖苷水解酶（参与纤维素、半纤维素降解）在Ruminococcaceae菌群中高度富集。此外从动物园样本中鉴定出Fibrobacter intestinalis（反刍动物常见纤维素降解菌），证实叶猴微生物组具有与食草动物类似的纤维降解能力。

草酸盐代谢的微生物解决方案

针对叶猴高草酸盐饮食（叶片含量约20%）与高钙喀斯特环境的特殊挑战，研究鉴定出39个携带草酰辅酶A脱羧酶（Oxalyl-CoA decarboxylase, Ox）的MAGs。广西黑叶猴群体富集Rhodococcus和Oxalicibacterium等特殊草酸盐降解菌；白头叶猴群体以Oxalobacter为特征；动物园群体则富集Muribaculaceae（小鼠肠道常见菌），提示圈养环境可能改变微生物传输网络。草酸盐降解能力与人类扰动呈现复杂关联：Oxalobacter在野生群体中活性最高，而草酸盐脱羧酶（OxdD）在动物园群体中显著富集，反映饮食改变（水果等高草酸盐食物）对微生物功能的选择压力。

宿主源性糖胺的代谢适应

研究鉴定出3个Verrucomicrobiota门的MAGs具有黏液素降解能力，包括Akkermansia muciniphila（已知的黏液层降解菌）。动物园群体中A. muciniphila的富集可能与低纤维高糖饮食导致微生物转向宿主源性糖胺利用有关。此外发现6个古菌MAGs（包括Methanobrevibacter smithii）参与发酵终产物（H₂和CO₂）的甲烷化过程，通过清除代谢副产物提高多糖发酵效率。

保护启示：第四层级生物多样性

本研究提出"共生微生物多样性"应作为生物多样性保护的第四维度。人类扰动不仅导致灵长类遗传多样性丧失，更引起肠道微生物组的结构与功能改变：人源微生物的入侵可能破坏原有的纤维降解体系，而特化代谢功能（如草酸盐降解）的微生物流失可能影响宿主对喀斯特环境的适应能力。未来灵长类保护应整合宿主遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性和共生微生物多样性四个维度，特别关注人为饮食投喂、栖息地碎片化对微生物传输网络的影响。

方法论创新与局限

研究通过全长16S测序实现物种水平分辨率，结合深度宏基因组binning获得1199个高质量MAGs（89.5%为未培养菌），大幅提升了对未培养微生物功能的认知。然而当前数据尚未整合宿主健康指标（短链脂肪酸水平、炎症标志物等），未来需要结合代谢组学和多组学整合分析进一步验证微生物功能与宿主健康的因果关系。