陳俊堯
慈濟大學生命科學系 助理教授
除了牛，微生物也吃草！？
牛得吃草才能活。牛是動物，草是植物，但是動物和植物之間的事，居然搞到微生物世界都發生了不得了的動盪。
如果你是熟知微生物世界新聞的人，應該可以猜到後面的故事了。牛要吃草，吃下去的草裡有大量纖維素為主的植物多醣，影響腸子裡的細菌組成。細菌用了這些多醣來發酵，其中古菌們啃了有機物後產生甲烷，甲烷組成屁被牛排出，大氣裡甲烷濃度升高。甲烷是溫室氣體，人吃的牛越多，大氣裡甲烷越高，地球變熱，又把人類往滅亡的方向推進了一點。好可怕。
牛的腸內菌種會將醣類轉換成甲烷，經由牛屁釋放到空氣中。圖／pixabay
上面講的事的確沒錯。但我要講的不是這個你已經聽過的故事。
草食性動物吃草，直接影響被吃植物的生存和能量分配，吃得認真點還可能會改變當地的植物組成。如果一棵植物被啃掉一半的葉子，一定會設法趕快從土壤裡把氮源吸起來讓自己造新葉來補光合作用的不足。不過植物認真吸走氮源，也就表示土壤裡的微生物能用的氮源也變少。
植物生長難免會有枯枝落葉，這些東西在地表逐漸分解，都變成供應土壤微生物的養份。2015 年在美國懷俄明州的研究就發現，少了草食動物啃食的草地土壤裡，細菌真菌的數量比較多，而且分解植物纖維素木質素的基因、呼吸和分解含氮化合物的基因都比較多（Peschel et al. 2015）。好像動物多吃兩口，就會讓微生物們縮衣節食了。
植物是土壤有機物的主要來源。圖／作者提供
2017 年的一篇研究也發現，動物的啃食不只傷到植物，躺在土裡的微生物也中槍。在研究的這個區域裡數量最多的細菌是 Actinobacteria 門的菌種，而真菌的第一名則是 Ascomyces。在有動物啃食的區域，Actinomycetes 門細菌的數量變少，導致多樣性增高，但是 Ascomyces 門真菌的數量反而增加，讓多樣性降低。這個因為啃食造成的數量變化還伴隨著較低的土壤含碳量、微生物分解纖維素木質素的基因變少、呼吸作用和分解含氮分子的基因也變少。
似乎在草食動物來搶食物的後果是微生物退讓，利用養份的狀況都變差了。
另一個在奧地利森林裡做的研究也看到類似的狀況。在有牛隻啃食植物的地方，不但菌相改變，還發現原本可以吸存甲烷的森林土壤，因為菌相改而變成會向外排放溫室氣體甲烷（Mutschlechner et al. 2018）。就算不放屁，牛也一樣可以藉別人的手來衝康地球。
先別管微生物，你有沒有想過毛毛蟲？
但是你一定沒想到下面這種影響，來看看這篇最近出現的有趣報告。這個研究想看動物啃食的影響，比較了開放給草食動物覓食的區域，以及用網架隔離動物進不去的區域。要比較什麼東西呢？他們找了這個地區常見的蛾類幼蟲 (spring webworm caterpillars, Ocnogyna loewii)，要來比較在這些草地上毛蟲的腸道菌相。
實驗結果發現這菌相還真有不同，毛蟲在小時候群居期的菌相還算接近，長大一點獨自行動後，兩組的菌相開始變得不一樣。難道說，作者認為牛隻在草地裡走來走去吃草，會嚇得毛毛蟲拉肚子而改變腸道菌相？
蛾類 Ocnogyna loewii 的幼蟲。照片來自 Ziva & Amir，CC BY-NC-ND 2.0 授權。
你猜錯了，不是。毛毛蟲沒辦法「看見」一隻牛走來走去。但是，走來走去的牛可以吃光某些好吃的植物，改變當地的植物組成。而當它們羽化成蛾時，會隨機在植物上產卵，下一代就以那植物為食。科學家們發現兩區草地上的植物組成不一樣，推測是因為植物改變，進到毛蟲肚子裡的食物也改變，在被採回實驗室分析後就得到不一樣的菌相。
牛啊牛啊，你吃個草就天下大亂了，那人的罪孽該怎麼辦呢？
吃草的牛會影響土壤裡及植物上的菌相。照片來自 DominikSchraudolf，CC0 授權。
參考文獻
- Berman TS, Laviad-Shitrit S, Lalzar M, Halpern M, Inbar M. Cascading effects on bacterial communities: cattle grazing causes a shift in the microbiome of a herbivorous caterpillar. ISME J. 2018 Aug;12(8):1952-1963.
- Eldridge DJ, Delgado-Baquerizo M, Travers SK, Val J, Oliver I, Hamonts K, Singh BK. Competition drives the response of soil microbial diversity to increased grazing by vertebrate herbivores. Ecology. 2017 Jul;98(7):1922-1931.
- Mutschlechner M, Praeg N, Illmer P. The influence of cattle grazing on methane fluxes and engaged microbial communities in alpine forest soils. FEMS Microbiol Ecol. 2018 May 1;94(5). fiy019.
- Peschel AR, Zak DR, Cline LC, Freedman Z. Elk, sagebrush, and saprotrophs: indirect top-down control on microbial community composition and function. Ecology. 2015 Sep;96(9):2383-93.
本文轉載自MiTalkzine，原文《老牛吃草引發的蝴蝶效應》
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