西亚试剂：踏上寻求共生关系之路

McFall-Ngai在研究生阶段开始了她的科研道路。当时，她痴迷于生物体发光现象，并着手研究携带一种发光细菌的鱼类。她想知道这种合作关系是如何开始的，但遭遇了挫折，因为在实验室里很难养活这种鱼。后来，一位同事问她：“嘿，你听说过乌贼吗?”一些胚胎学家在研究这种游弋于夏威夷附近浅海礁石平台并在晚上出来觅食的生物。但没有人注意到乌贼与其体内细菌的关系，直到1988年McFall-Ngai飞到夏威夷一探究竟。

不过，她首先需要一位了解细菌的合作者。“我想我是她接触的第3位并且是第一个答应她的微生物学家。”Ruby说。两人在洛杉矶上课时相遇。当McFall-Ngai开始研究乌贼时，两人成为专业上的合作伙伴。

他们知道在乌贼孵化出来的几个小时内费氏弧菌便会寄居上去。但这种细菌是如何进入乌贼发光器官的呢?为何它是唯一一种能这么做的细菌?为解决这些问题，McFall-Ngai仔细解剖了乌贼的光学器官，Ruby则在细菌中装入荧光蛋白来追踪其运动轨迹。

关于共生关系的一些细节仍有待探寻。不过两人已经发现，共生关系开始于新生乌贼的身体下面。此时，布满黏液的纤毛产生一股可将细菌吸引过来的“洪流”。2013年，McFall-Ngai之前的博士后Natacha Kremer发现，当费氏弧菌首次接触乌贼时，它会改变很多乌贼基因的表达。

其中一些基因能产生混合在一起的抗菌物质，从而创造一种不适合大多数微生物生存的环境，唯独费氏弧菌不会受到伤害。其他基因则释放一种酶，能分解乌贼黏液以产生吸引更多细菌的物质——二糖。引起这些变化只需要5个费氏弧菌细胞即可，因此这种微生物很快便占领了乌贼的纤毛区。

2004年，McFall-Ngai团队发现，该细菌携带的两种分子——肽聚糖和脂多糖引发了这些变化。这很让人吃惊。当时，这些化学物质被描述为同病原体相关的分子模式(PAMPs)，它们会就迅速发展的感染向动物免疫系统发出警报。McFall-Ngai将PAMPs中的“病原体”首字母P替换为“微生物”的首字母M，并将其重新命名为MAMPs。她认为，这些分子能引发使人衰弱的炎症，但也能开启一段友好关系：没有它们，乌贼的发光器官永远不会达到成熟状态。

对McFall-Ngai来说，这些成果揭示了生物学中一个更广泛的主题：动物的成长并非只受到基因组中编码“蓝图”的影响，寄居其体内的微生物同样也会产生影响。

自达尔文以来生物学最重要的一次革命

McFall-Ngai既有女政治家的自信，也有科学家的朝气。朋友们都形容她是女王。她对动物—微生物相互作用的重要性是如此的深信不疑，以至于她的讲话看上去像是福音传道。“现在我们知道微生物构成了生物圈巨大的多样性，而且动物生物学是通过和微生物相互作用形成的。”McFall-Ngai说，在她看来，这是自达尔文以来生物学最重要的一次革命。

McFall-Ngai将上述观点广为传播。2005年，当美国微生物学会被传染病领域的研究人员占据时，她劝说该学会举办了首期关于有益微生物的会议，而该会议在今天仍受到欢迎。她参加了由总统奥巴马召集的一个国家科学院委员会，勾勒21世纪美国生物学将何去何从。2012年，她帮助创立了一门课程，教本科生将微生物作为每个主题的起点研究生物学原理。她还经常利用假期时间从麦迪逊飞到帕萨迪纳市教授这门课程。

McFall-Ngai说，她和自己的弟子只是刚刚开始。在一个项目中，她正研究一个预言每个微生物组都在被欺骗困扰的进化理论。该理论认为，微生物从其宿主身上获取利益，但不会提供任何回报。的确，一些并不发光的费氏弧菌株有时也寄居在乌贼体内。McFall-Ngai团队发现，乌贼能利用光学器官中的光敏蛋白质在上百万个异常光亮的细菌中探测出少数不发光细菌，并将其驱逐出去。

同时，该团队发现，乌贼同费氏弧菌的关系在一天之中会有所变化，从而控制后者只在夜晚产生光亮。2013年，McFall-Ngai以前的学生Elizabeth Heath-Heckman证实，费氏弧菌反过来会通过一个制造隐光敏素的基因影响乌贼的日常节奏。隐光敏素是一类影响很多动物生物周期节律的蛋白质，通常被环境中的光亮激活，但Heath-Heckman发现，乌贼的一个隐光敏素基因只对费氏弧菌发出的蓝色光亮有所反应，从而提高该类蛋白质的产量。

基于该研究，McFall-Ngai团队预测，人和寄居体内的微生物之间的相互作用从早到晚也可能发生变化。很快，证据便指向了这一点。去年，以色列的一个小组发现，人体肠道中很大一部分微生物的丰度在24小时的周期内会有升有降。例如，经常倒时差会因为打乱这些节奏而导致体重增加。 

“有一件事情我们经常灌输给那些来实验室参观的人：没人真的对乌贼上心，他们关心的是乌贼所能帮助回答的那些重要问题。”Ruby表示。为解决更多这样的问题，McFall-Ngai和Ruby将在几个月后重回夏威夷。在那里，McFall-Ngai将领导夏威夷大学太平洋生物科学研究中心。这是一份梦想中的工作，也让McFall-Ngai有机会更多地沉湎于自己喜欢的消遣活动——滑板和人体冲浪，还有在月光照耀的夜晚观察乌贼。

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