蒋昊等人发现章鱼“触觉味觉”的微生物密码

微生物群落几乎覆盖了环境中的每一个表面，并且在进化过程中一直与动物共存。目前尚不清楚动物是否利用普遍存在的微生物信号来探索其周围环境。章鱼利用“触觉味觉”化学触觉感受器（CRs）来探索海底，但它们如何区分有意义的表面与所遇到的岩石和裂缝仍然是未知的。

2025年9月4日，哈佛大学Nicholas W. Bellono等团队合作（蒋昊为共同第一作者）在Cell 在线发表题为“Environmental microbiomes drive chemotactile sensation in octopus”的研究论文，该研究发现来自与生态相关表面的微生物群落所分泌的信号会激活 CRs，从而引导章鱼的行为。

从捕食物或卵上分离出的特定细菌菌株中的不同分子以微妙不同的结构构型与单个 CRs 结合，从而引发特定的受体激活机制、离子渗透和信号转导以及母性护理和捕食行为。因此，生态表面上的微生物群落在初级感觉受体的层面上发挥作用，为行为提供信息。总之，该研究表明，揭示跨界的相互作用对于理解动物感觉系统在微生物丰富的世界中是如何进化的至关重要。

在细菌生命起源约三亿年后，动物从海洋中的原生生物祖先中分化出来，并且在其整个历史进程中一直与这些微生物保持着密切的联系。动物的整个进化过程都在微生物的舞台上展开，但直到最近才意识到微生物对动物生理机能的影响。宿主与微生物的共生关系贯穿整个生命树，并使宿主能够利用微生物的代谢途径执行一系列广泛的功能。宿主与微生物的共生关系的重要性现已在众多器官系统中得到证实，包括消化、免疫、神经功能和皮肤系统。然而，动物如何感知并响应丰富的微生物世界以及它们是如何做到这一点，目前还不太清楚。

微生物会产生大量的小分子物质，并且是几乎任何生物或环境的显著特征。因此，正如微生物分泌的信号会告知宿主其内部的微生物群落一样，由微生物产生的化学物质也可以作为跨物种信号的一种语言。甚至在与动物关系最为密切的祖先中，多细胞生物的出现也是由微生物的信号触发的，这引发了一个有趣的可能性，即微生物的共生体可能已经进化出影响复杂动物行为（包括捕食、避开捕食者、交配和养育后代）的能力。此外，微生物群落会受到环境条件的影响，如温度变化、pH值、阳光、氧气和矿物质营养物质可用性的变化，这使得微生物成为适应性极强的生物界与非生物界的界面。破译这种化学语言可能会揭示动物如何感知其环境以及短暂的细菌接触如何转变为持久的共生关系的基本原理。

文章模式图（图源自Cell ）

理解化学感知这一过程中的一个重大挑战在于，在一个化学物质种类繁多且变化多样的世界中，要识别出生态中的配体-受体组合。与视觉或触觉不同，化学世界缺乏明确的组织划分标准，而我们所掌握的大部分知识都局限于大量的合成化合物，其中感知的相关性往往并不明确。因此，研究微生物世界中的天然化学成分，可能会为我们深入了解动物在其特定生态环境中的进化过程提供重要见解。

为了验证这一假设，研究人员以章鱼对海底表面“触觉感知”的能力作为研究模型系统。章鱼利用其灵活的触手来感知裂缝和凹槽中难以通过传统感觉器官触及的突出表面的化学触觉。它们独特的身体构造和庞大的神经系统使得其中 5 亿个神经元大多分布在触手上，以整合周边信号并执行自主搜索行为。章鱼的触觉感知是由化学触觉受体（CRs）介导的，这些受体集中在触手的吸盘（吸嘴）上，并能结合各种配体来在半自主的触手神经系统中转导不同的电信号。然而，章鱼如何区分具有生物学意义的表面，例如其猎物或卵，与它探索的裂缝之间的区别尚不清楚。

虽然代谢组学、宏转录组学和宏基因组学的知识为微生物群与生理机能和疾病之间的关联提供了初步的见解，但发现天然的分子-受体配对能够揭示微生物代谢与动物行为之间的因果联系。该研究对来自章鱼猎物和后代的可培养微生物群的生物活性进行了分析，以识别出具有特定分子，这些分子能够以不同的构象与章鱼的单个受体结合。这些分子会偏移通道的开启机制，使得不同的配体触发相同的受体来通过不同的离子并介导不同的细胞信号。环境分析表明，这些微生物信号是以表面特异性的方式丰富存在的，并且该研究证实它们足以驱动捕食和母性护理行为，这表明动物利用环境微生物群作为重要的化学感觉线索。

参考消息：https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(25)00620-8