人类进化过程中微生物的快速变化.docx

人类进化过程中微生物的快速变化人类是包含万亿微生物的生态系统，但是因为缺乏对非洲猿微生态系统的了解，对这套微生态系统的进化史尚不清楚。我们按顺序排列了成百上千的黑猩猩，倭黑猩猩、大猩猩的肠道菌群，发现了一条途径重建当代人类的肠道菌群如何从这些古老的种群中分离出来。在非洲猿多元化的过程中微生物组成的变化是缓慢的像钟表一样的速度，但是人类的微生物以更快的速度偏离原始状态。相对于野生猿类的微生物，人类饮食开始以动物性食物为主后就失去了祖先的微生物多样性。与社会中的个人相比野生猿个体定植了多门类，类，家族，属和种的细菌。这些结果表明，人类从大猩猩分离的过程中经历了一个肠道菌群耗减的过程。人类体内的微生物由宿主的遗传、环境、生活方式决定，因此，人类独特的进化史及文化史转变了自身与微生物的联系。除了很多研究人类因地域和文华因素形成微生物种群的研究，人类在从一个物种进化到另一个物种、人类种群一个接一个的变迁中微生物种群的变化却并不清楚，缺乏原始人类种群的微生物种群的知识。要想弄清楚人类进化史中微生物种群组成的变化情况，就要研究清楚外类群如非洲猿的微生物种群是怎样系统进化至人类微生物种群的。前期的关于人类和非洲猿肠道微生物种群的研究仅限于每种宿主的个别个体，没有发现区别宿主种属的精确的微生态方面的不同。对比黑猩猩，倭黑猩猩，大猩猩和人类之间微生物种群的不同时考虑到宿主进化过程中的相关性，有助于发现在宿主多元化过程中微生物种群的变化情况。在此我们应用系统发育的方法识别进化至现存物种Homo和大猩猩的的物种的微生物种群的变化，这项研究表明不同文化和地域背景的人类的微生物种群从野生猿转变的过程中是不成比例的。特别是，与原始人相比，人类的肠道微生物密度更低。结果：样本来源：我们收集了来自坦桑尼亚的上百只大黑猩猩的粪便（n=160），还有来自刚果民主共和国的（n=70）的倭黑猩猩的粪便，和来自喀麦隆的野生大猩猩的粪便（n=186）。图S1表示了样本采集区域，表1表示了样本和相应的信息。因为我们对标本的试验方法进行了标准化，所以我们可以编辑从如此大猿类种群和相应的人群获得的信息，这些人群包括：美国的城市生活人群，马拉维的乡村人群，委内瑞拉南亚马逊雨林的工业前生活方式人群，欧洲城市生活人群，坦桑尼亚的狩猎-采集的生活方式人群。核心的猿类微生物的一致共生模式。所有的人类和非洲猿种群都有一些列核心菌属，覆盖了大多数的个体样本（图2）。还有，每个人群中普氏菌和拟杆菌的相对丰度呈负相关，而拟杆菌的相对丰度与瘤胃球菌和对位拟杆菌呈正相关。意义：人类的生活方式深深影响着定植的微生物群落，这就是微生物，然而，人类微生物怎样从野生原始人微生物转化而来却并不清楚。为建立人类从猿类进化后肠道菌群是怎样变化的，我们归类了成百只大猩猩，倭黑猩猩，黑猩猩微生物组合定植情况，微生物种群的变化稳定的促进了非洲猿种群的变化，但在人类的微生物种群因为戏剧性的丢失了很多原始微生物多样性而加速发生变化。这些结果表明，从人类从猿类分化出来后人类的微生物种群发生了实质性的变化。宿主进化过程中微生物组成的变化。比较猿类不同种群的肠道菌群有助于了解原始人进化过程中肠道菌群的系统发育框架体系（图1）。我们推断在非洲猿发展史上不同族群微生物族群的转换最保守的解释了现存的宿主身上存在的微生物种群的不同。如果发现在对向血统或姐妹血统还有外部血统的样本中发现它们之间的微生物相对丰度有两倍的不同且这种不同以假设的校正的P0.3,宿主种属总结见表2.。这些分析流程图描绘在图S8了。肠道菌群变化的简约的重建。为了进行简约性分析，产生用于目前研究的野生猿类的数据与三组人类的数据集进行比较。排除来自婴儿的数据。为重建发生在人类谱系的微生物成分的变化，我们确认了，在每个个体中相对于野生猩猩种群细菌类群表达达或下降大于至少两倍。为重建的微生物群落发生在分支为大猩猩的过程中微生物的变化，我们确定了在大猩猩个体中与人和大猩猩相比表达达或下降大于至少两倍的细菌。为重建进化为黑猩猩的那一支的肠道菌群成分的变化，我们确定了相对倭黑猩猩，大猩猩，和每个人的来说表达达或下降大于至少两倍以上的微生物细菌类群。为重建进化为倭黑猩猩的那一支的肠道菌群成分的变化，我们确定了相对黑猩猩，大猩猩，和每个人的来说表达达或下降大于至少两倍以上的微生物细菌类群。为重建Yatsunenko等人取样的人群的肠道菌群成分的变化，我们确定了相对其他两个人群，大猩猩，和大猩猩的来说表达达或下降大于至少两倍以上的微生物细菌类群。这些分析流程图描绘在图S8了。评价在伟大的野生猿类进化过程中的微生物变化的速率。我们用大猩猩、黑猩猩、倭黑猩猩从猿类中进化分离出来的时间后的时间的微生物变化属层BCDs估计非洲猿的变化。从最近的进化分支时间估计以经验得出的野生黑猩猩和大猩猩种群的衍生时间结果显示在图3。为了验证Yatsunenko等人取样的人群是否与比以进化分化时间为基础的预期的野生猿的微生物种群不同，我们计算了所有的人和猿标本的属层BCDs（除婴儿），并且为了得到平均不同计算了99%置信区间。描述这些分析的流程图在图S8显示。人群多样性和均匀度差异的检验。为了这个检验，我们对比了非洲猿和Yatsunenko等人取得人类样本的微生物，因为这些数据是用珠打DNA提取，PCR扩增16SrDNA的V4区，和Illumina测序取得的。用T检验来评估是否细菌类群每种不同宿主种属和群体中个体中在测序深度20000reads是否不同（不包括婴儿）。在属的水平，我们在一系列的测序深度进行了稀疏的分析（图S6）。在测序深度20000reads评价样