寻找对海星消耗性疾病的抵抗力

您的身体是生活在您体内和体表的独特细菌、病毒和真菌的家园，称为微生物组。当一切都处于平衡状态时，你会感觉良好。但当你的微生物群关闭时，你可能会生病。这同样适用于动物王国的其他动物——包括海星。当它们的微生物群失调时，它们可能会容易受到神秘的海星消耗病(SSWD)等感染，这种疾病会导致肢体丧失，甚至更糟，在海底分解成果冻状的水坑。

博士安德鲁·麦克拉肯(AndrewMcCracken)解释说，这种疾病似乎遵循从墨西哥向北流向阿拉斯加的海水变暖的趋势。佛蒙特大学的学生，研究动物如何适应应对环境中的压力源。“每年，SSWD都会向北蔓延，并在夏季达到顶峰。”

自2013年大规模死亡开始以来，科学家们一直在寻找SSWD的病因。一种主流理论认为，这种疾病可能是环境压力(例如水温升高、溶解氧水平降低和病原体)之间复杂相互作用的结果。McCracken是最近发表在《海洋科学前沿》上的一篇论文的主要作者，该论文描述了海星皮肤样本中微生物组的不平衡现象通常在出现SSWD症状之前就会增加。

麦克拉肯解释说，像人类一样，海星的皮肤上通常有一个健康的微生物群落，它们是抵御可能试图进入人体的病原体或微生物的“第一道防线”。“它们占据了这个利基市场并基本上填补了它，阻止了其他任何东西的发展。”

当这些自然微生物群落被破坏并且机会性微生物进入时，就会出现问题，导致更多的不平衡，并为潜在病原体的进入铺平道路。环境压力可能会彻底颠覆整个社区。

“当我们承受压力时，我们更容易患上疾病以及疾病的影响，”麦克拉肯说。

向日葵海星可能也不例外。在过去十年中，SSWD消灭了西海岸约90%的巨型海星。如此多的物种死亡，以至于三月份，国家海洋和大气管理局申请将这些物种列入受保护状态。向日葵海星是一种“关键物种”——它们有助于支撑整个生态系统——因此它们的消失可能会从根本上重塑太平洋海岸的海洋生物。

麦克拉肯在生物学副教授梅丽莎·佩斯皮尼(MelissaPespini)的实验室工作，研究环境压力因素如何影响疾病动态。但他并不想查明SSWD的原因(尽管他今年夏天正在不列颠哥伦比亚省海开研究所实习)，相反，他想知道它们是否能够反弹。2023年春天，他获得了为期三年的国家科学基金会研究生研究奖学金以找出答案。

这个由多部分组成的项目源于麦克拉肯和同事在分析海星微生物组时所做的早期工作。研究小组发现，弧菌的存在量增加了1,200倍，弧菌是一种通常与受消耗性疾病影响的海星中的多种海洋疾病相关的细菌。他们确定了可能的罪魁祸首，但没有找到确凿的证据。

McCracken将进行一项宏基因组学测试，以识别所有细菌，包括弧菌菌株，这些细菌会因SSWD症状而显着增加。该研究还将调查海星种群随着时间的推移的恢复能力。然而，海星既难以获得，也难以在实验室环境中保持活力，这促使麦克拉肯转而使用海胆作为模型物种。

“[海星和海胆]都是棘皮动物，它们具有相同类型的免疫细胞，并且它们的免疫系统以大致相同的方式发挥作用，”他说。海胆“也经历了与海星非常相似的疾病爆发。”

麦克拉肯的目的是测试海胆对多种环境压力源的短期和长期恢复能力，以确定生物体适应、获得抵抗力并最终重建种群的潜力。他将产下海胆幼虫，并将它们暴露在更高的水温中(逐渐升高和急剧升高以模仿自然事件)以及已知的幼虫病原体。他将跟踪哪些幼虫在温度升高时存活下来，哪些幼虫在病原体中存活下来，如果有幼虫在两种压力源下存活下来，则确定是否发生了有益基因的选择，这表明了适应潜力。结果将有助于建立一个模拟，展示进化如何在代际之间发生。

有可能不会出现任何有利的基因——变化太大、太快。某些有助于个体生存的特征也有可能遗传给后代。

对于在缅因州海岸长大的麦克拉肯来说，SSWD的后果可能很难想象。他之所以被吸引去研究生物学和疾病生态学，是因为他目睹了随着栖息地缩小和水温上升而发生的环境变化。

“海洋环境非常非常脆弱，”他说。

麦克拉肯来到UVM是因为他想做一些可以帮助拯救它的事情。他决定利用自己的技能来评估人类对野生动物的影响以及生物体在经历快速变化的星球上生存的能力。

他说：“最终的目标是能够预测全球变化对海洋生态系统的影响，识别处于危险中的物种，并向那些在不断变化的世界中表现出韧性的物种学习。”

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