《Journal of Animal Ecology》：Social organization and habitat use shape the gut microbiome of a marine fish
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肠道微生物组（gut microbiome）包含多样化的细菌群落，这些群落显著影响动物社会中个体的空间行为。然而，由于在自由生活的鱼类中测量行为特征并同时获取肠道微生物组组成数据存在挑战，这一关系在海洋鱼类中尚研究不足。在本研究中，研究人员开展了一项野外实验，
肠道微生物组（gut microbiome）包含多样化的细菌群落，这些群落显著影响动物社会中个体的空间行为。然而，由于在自由生活的鱼类中测量行为特征并同时获取肠道微生物组组成数据存在挑战，这一关系在海洋鱼类中尚研究不足。在本研究中，研究人员开展了一项野外实验，以探索海洋鱼类的空间与栖息地利用、社会组织以及肠道微生物组组成之间的关系。研究人员使用一种新型高分辨率声学遥测系统（high-resolution acoustic telemetry system），收集了来自西班牙马略卡岛海岸线附近同一种群中232尾离棘连鳍鱼（Xyrichtys novacula）个体（153尾雌性，79尾雄性）的7930条一日移动轨迹。其中一部分个体被重新捕获，用于分析核心与非核心肠道微生物组的多样性，这些多样性通过基于16S rRNA基因扩增子（16S rRNA gene amplicons）的操作系统发育单元（operational phylogenetic units, OPUs）进行Illumina测序后量化。离海草床（Posidonia oceanica）较近的个体具有更高的非核心微生物组多样性，尤其是体型较大的个体。多变量分析显示，在所测试的变量（体长、领域大小、度、强度、距海草床距离及性别）中，微生物组组成无显著差异，但雄性在核心微生物组组成上表现出视觉上更大但统计上不显著的变异。核心微生物组组成与社会后官结构存在弱关联。这些发现表明，肠道微生物组组成主要由局部栖息地条件塑造，而社会组织可能贡献较弱且间接，有待进一步的实验验证。
**论文解读**
**研究背景、存在问题与研究动机**
动物肠道微生物组（gut microbiome）是指存在于肠道内的细菌及其基因的集合，在宿主消化、代谢、病原防御和免疫等方面发挥关键作用，并通过肠-脑轴（gut–brain axis）影响宿主行为。然而，现有研究多集中于陆生动物（包括人类）或养殖鱼类（如斑马鱼Danio rerio），对野生海洋鱼类肠道微生物组与行为关联的探索极为有限。野生与养殖环境差异巨大，因此野生鱼类行为是否与肠道微生物组相关仍然是一个开放问题。
肠道微生物组可分为两类：异源或暂居群落（allochthonous/transient community），即自由生活的微生物；自源或稳定群落（autochthonous/stable community），即附着于肠道黏膜并定义核心微生物组（core microbiome）的微生物。核心微生物组对宿主健康至关重要，而非核心微生物组（non-core microbiome）可能与激素产生、繁殖成功率及饮食变化引起的组成变异相关。在海洋鱼类中，栖息地（如海草床）和空间利用（如家域大小、日常活动）已被初步发现与肠道微生物组组成有关，但由于自由生活鱼类追踪困难，相关研究仍极少。
此外，在群居动物中，社会互动可通过微生物传播途径塑造微生物组（即“社会微生物组”，social microbiome）。这种关系在哺乳动物和鸟类中已有报道，但在鱼类中几乎空白。离棘连鳍鱼（Xyrichtys novacula）是一种小型隆头鱼，栖息于地中海和大西洋温带水域的沙质海底，具有明确的社会结构（后官制harem system），雄性占据包含数尾雌性领域的领地，且活动范围小、定居性强，特别适合采用高分辨率声学遥测进行行为追踪。
因此，本研究旨在以离棘连鳍鱼为模型，利用高分辨率追踪技术收集大规模个体空间利用与社会网络数据，同时分析肠道微生物组多样性，检验以下假设：栖息地利用、空间利用和社会组织影响肠道微生物组组成。
**主要关键技术方法**
研究人员在西班牙马略卡岛帕尔马湾海洋保护区（Marine Reserve of Palma Bay）内一块12.5公顷的沙质区域开展实验。采用高分辨率声学遥测系统（Juvenile Salmon Acoustic Telemetry System, JSATS）标记并追踪320尾离棘连鳍鱼（最终保留232尾，包括153尾雌性和79尾雄性）。系统由间隔50米部署的接收器和植入鱼体腹腔的发射器组成，记录位置数据。通过连续时间相关随机游走移动模型（CTCRWMM）生成5秒间隔的规则轨迹。利用每日轨迹计算活动量（日移动距离）、家域（95%核密度估计）和距海草床最近距离。构建社会网络，定义5米内为关联，计算度（degree）、强度（strength）等中心性指标。追踪结束后重新捕获26尾个体，解剖获取肠道内容物，提取DNA，针对16S rRNA基因V3-V4可变区进行Illumina扩增子测序，将序列聚类为操作系统发育单元（OPUs），并依据检出频率（≥80%个体定义为核心微生物组，10%-80%定义为非核心微生物组）分组进行多样性分析与关联检验。
**研究结果**
**3.1 社会网络结构与重新捕获**
社会网络重建显示后官状结构：每个雄性领地包含3-4尾雌性。从232尾形成的社会网络中随机重新捕获26尾（18雄8雌），用于肠道微生物组测序。
**3.2 肠道微生物组组成**
共获得847,231条高质量16S rRNA基因序列，聚类为1019个OPU，主要属于变形菌门（Proteobacteria, n=472）、厚壁菌门（Firmicutes, n=200）、放线菌门（Actinobacteria, n=111）、拟杆菌门（Bacteroidetes, n=70）和浮霉菌门（Planctomycetes, n=33），占肠道微生物组的87%。最丰富的OPU为Ralstonia sp.（OPU 0522），平均相对丰度16±23.4%；其次为Paeniclostridium sp.（OPU 0315），平均丰度3.7±13.4%。核心微生物组（≥80%个体中检出）包含24个OPU，其中Ralstonia sp.和Ruegeria sp.（OPU 0816）在所有个体中均存在。
**3.3 肠道微生物组多样性指数的单变量分析**
通过广义线性模型（GLM）分析，探讨体长、领域大小、距海草床距离、度、强度与核心/非核心微生物组多样性（丰富度、Shannon指数、Simpson指数）的关系。结果表明，核心微生物组多样性指标与所有自变量均无显著相关。非核心微生物组中，体长（p=0.026，估计值=0.06）和距海草床距离（p<0.001，估计值=-0.11）对OPU数量有显著影响：体型更大的鱼（多为雄性）携带更多非核心OPU；距海草床更近的个体具有更多非核心OPU。但Shannon指数和Simpson指数未受显著影响。
**3.4 肠道微生物组组成矩阵的多变量分析**
主坐标分析（PCoA）显示，在核心微生物组中，雄性个体在排序空间中的组成变异大于雌性，但β-离散度检验未达显著（ANOVA, p>0.05）；非核心微生物组中两性变异均较小。基于距离的冗余分析（dbRDA）表明，核心与非核心微生物组组成均与体长（可解释性别差异）、度、强度、领域大小和距海草床距离无显著关联（p>0.05）。PERMANOVA分析也未发现性别对核心或非核心微生物组组成有显著影响（p>0.05）。
**3.5 社会关联矩阵与肠道微生物组组成矩阵的相关性**
Mantel检验发现，在5米关联阈值下，核心微生物组组成与社会关联强度存在弱但显著的正相关（Mantel's r=0.125, p=0.009），在10米阈值下类似（Mantel's r=0.134, p=0.017），表明社会关联更强的个体具有更不相似的微生物组。20米阈值下无显著相关。非核心微生物组在所有阈值下均无显著关联。
**讨论与结论**
本研究表明，栖息地利用（距海草床距离）和体长（与性别相关）是影响非核心肠道微生物组多样性的主要因素，体现了局部环境对微生物组的塑造作用。核心微生物组则相对稳定，未受所测试变量显著影响。社会结构对微生物组的影响仅表现为弱关联，且方向与预期相反（关联越强，微生物组越不相似），表明社会传播的直接作用有限或间接，而空间邻近和共享栖息地条件可能是更合理解释。
研究结论（翻译自原文结论部分）：“我们的发现揭示了野生离棘连鳍鱼在空间利用、栖息地与肠道微生物组变异之间的关联。这些模式背后的机制尚不确定，很可能主要由环境因素（如栖息地利用和饮食）驱动，社会互动最多贡献有限且间接的作用。未来研究应增加样本量，明确控制环境和饮食效应，并探究跨种群的时间动态以厘清这些过程。通过将高分辨率行为追踪与野生海洋鱼类微生物组分析相结合，本研究提供了一个新颖框架来探究自然条件下行为与微生物组变异之间的联系。尽管支持社会介导的微生物组结构的证据较弱，这一方法为在海洋系统中检验‘社会微生物组’的出现及其生态关联，以及其对个体表现、社会组织和生态系统功能的潜在影响开辟了新途径。”
