谜团解开了,多亏了昆虫
MSU AgBiobob体育登录Research昆虫学家Eric Benbow的实验室研究结合了昆虫学和微生物学来解决谜团。在《期货》杂志上阅读更多。
坐落在密歇根州立大学的吉尔特纳大厅的上层。BOB体育密歇根州立大学)历史悠久的北校区,昆虫学家和骨科医学专家的实验室埃里克·本堡它是融合昆虫学和微生物学的前沿研究的家园,以解决bob体育登录水生生态系统动力学和凶杀案调查等不同领域的谜团。
参观者一进入实验室,就会看到装饰着混乱的油漆条纹的小画布——由蛆创作的艺术品——以及一个小斯巴达雕像。研究生研究人员和技bob体育登录术人员在实验室的一半之间忙碌着,一半是保存昆虫的罐子和盘子,另一半是DNA提取设备。在一个标着“只有DNA”的巨大冰柜里,有大量冷冻盒,这是一种低温储存容器,里面存放着谋杀案受害者的微生物棉签。这些内容是本葆最新研究的一个组成部分。bob体育登录
谋杀的微生物学
本葆醒过来了密歇根州立大学2014年,他与密歇根大学病理学副教授、韦恩县法医卡尔·施密特(Carl Schmidt)合作,在美国司法部的资助下开展了一个为期三年的项目。他和他的团队正在协助死亡现场调查人员对底特律的谋杀案受害者进行法医分析。长期以来,人们一直认为,随着尸体在分解过程中发生变化,昆虫(尤其是绿头苍蝇)的种群动态可以让调查人员估计死亡时间。
Benbow和他的同事们正在努力将这些相同的原理应用于死灵群落——尸体内微生物的集合。
本鲍说:“某物死亡后,其中的微生物群落会发生变化。”“如果我们能了解这个群落是如何变化的,如果我们能在其中找到一致的变化模式,那么我们就可以用它们来确定死亡发生的时间——就像昆虫一样。”
为了确定这些模式,BEnbow不仅要检查体内一种细菌的数量,还要检查整个微生物群落。在人类中,这包括数百个物种。该小组还在维护一个有关研究结果的数据库,供美国研究人员和调查人员访问并应用于他们自己的工作。bob体育登录
研究其他物种死灵群落的变化对人类病例也有意义。考特尼Weatherbee他是该校的研究生密歇根州立大学昆虫系的研究员,整个夏天都在鉴定死猪微生物群变化的模式。这项研究是与普渡大学的研究人员合作完成的bob体育登录詹妮弗Pechal他是昆虫学系的定期助理教授。为了估计死亡时间,每12小时对6头猪的尸体进行昆虫和微生物取样。
Weatherbee说:“我们在实验室中与我们自己的研究人员和其他机构的研究人员之间的合作非常有价值。”bob体育登录“这让我们能够追求一些相当雄心勃勃的项目,对世界产生影响。”
虽然韦瑟比只是开始触及她收集的数据的表面,但初步的研究结果表明,通过测量微生物群落可以准确地确定死亡时间。这为Benbow的工作增加了一条重要的证据,并验证了Pechal之前的研究。
虽然这是一项艰巨的任务,但在一个陪审团越来越希望在审判中获得基因证据的时代,为调查人员的犯罪现场储备增加另一种工具将产生深远的好处。
“在《犯罪现场调查》(CSI)等电视剧的影响下,我们已经看到,剧中角色可以从尸体上取下棉签,在45分钟内抓住凶手。陪审员现在开始要求在检察官的案件中提供物理或化学证据。”本鲍解释道。“有几名检察官和专家证人告诉我,如果没有这些证据,他们就更难立案。我们正在为他们在犯罪现场寻找的证据增加另一条途径。”
死亡对生态的影响
法医的努力跨越了物种界限,其意义远远超出了杀人。自2013年以来,通过与美国农业部和德克萨斯农工大学的合作,本博一直在研究阿拉斯加朱诺附近溪流中死鲑鱼的微生物群变化。bob体育合法吗
在收集鲑鱼尸体腐烂过程中微生物群落如何随时间变化的数据时,本鲍希望能够识别出与其他生物(比如参与韦恩县项目的人类)相比较的模式。随着共性的出现,本鲍的发现可以应用于其他领域,比如自然资源管理和执法。bob体育下载ios
本鲍说:“如果我们能了解一条鱼或人体内的微生物群落是如何变化的,我们就可以开始了解它在更广泛的生物体内是如何变化的。”“你可以把它应用到偷猎等问题上。例如,如果警察发现有人杀死了一只熊,而那个人声称熊向他发起了攻击,他/她出于自卫而开枪,警察可以D检查熊的微生物群,以确定死亡时间,以及嫌疑人的故事时间线是否与证据一致。”
动物死亡也会对更大的生态系统产生影响。本堡实验室的博士生考特尼·拉尔森正在研究死鲑鱼对密歇根北部下半岛河流生态的影响。该项目于2014年9月开始,研究鲑鱼腐肉对河流生物膜发展的影响。生物膜是在河床岩石和沉积物周围形成的黏稠微生物层,在河流生态系统中起着许多重要的作用。它分解有机物,是原生动物、无脊椎动物和小鱼的重要食物来源。
拉尔森研究鲑鱼对生物膜的影响,方法是在河床中种植矩形瓦片,并在其周围形成生物膜。随着生物膜的建立,她在附近的溪流中放置了一条死鲑鱼,并观察随着时间的推移,生物膜的组成发生了任何变化,这是由于它接触到腐烂鱼释放的丰富营养。拉尔森将瓷砖留在溪流中整整一年,并定期测量其生物膜的变化。
拉尔森说:“在本葆实验室工作可以进行很多跨学科的合作和思考。”“我的项目让我把我对游泳的兴趣与法医和腐肉等昆虫学的其他学科结合起来。”
本葆实验室的发现也有可能造福于农业。bob体育合法吗
本鲍说:“在大型农场,一个牧场有成千上万头牛,如果农民在一个季节里损失了5%的牛,而且没有立即归还,那就会造成大量的尸体。”“我们的工作可以告诉他们将会发生什么——在他们的农场上会出现什么昆虫和微生物,数量有多少,并就如何处理尸体提出建议。”
国际知名
本鲍的团队进行的多样化和重要的研究,不仅在密歇根,而且在bob体育登录世界各地,都将改变法医学和自然资源管理。bob体育下载ios因此,国际科学家被吸引到实验室参与其开创性的工作。
去年夏天,该组织开始与位于澳大利亚首都堪培拉的澳大利亚国立大学的生态学家和研究员菲利普·巴顿(Philip Barton)合作。bob体育登录Barton专长于腐肉生态学,专注于腐肉在支持生物多样性和生态系统中的营养循环中的作用。本鲍和巴顿正在一起进行一个研究项目,研究昆虫如何改变人类活动改变的景观中腐肉的腐烂速度。bob体育登录
“我们和巴顿博士的合作正在解决人们早就知道但尚未彻底调查的问题。”本葆说。“他大老远跑来,就是为了能在我们的实验室呆几天。”
澳大利亚并不是本葆合作者唯一来自遥远的地方。朱广辉是中国南部广东省汕头大学医学院的客座法医昆虫学家。朱教授的研究bob体育登录重点是研究蛹的生物化学,蛹是一种坚硬的外骨骼覆盖物,覆盖着果蝇的最终幼虫形态。当幼虫成长为成虫并离开尸体时,它们的蛹也被留下了。
朱教授解释说:“我正在探索能否用蛹来判断死亡时间。”“在任何调查中,确定死亡时间都是至关重要的,但很难做到。我发现随着尸体老化,蛹的碳氢化合物成分发生了重大变化,这可能会给调查人员带来额外的优势。”
朱发现,构成蛹结构大部分的碳氢化合物一旦被遗弃在尸体上,就会以可预测的速度腐烂。在这种腐烂速度的基础上,他正在开发一种方法,通过这种方法可以在苍蝇本身不直接存在的情况下估计死亡时间。
朱镕基2011年在中国的一个昆虫学会议上认识了本葆,并很快对本葆将昆虫学和微生物学结合起来进行法医研究产生了兴趣。通过加入本葆实验室的一年时间,朱能够利用队友的资源和专业知识来研究微生物生命对苍蝇的影响,这也是他自己研究的中心。bob体育登录
把研究成果带给公众bob体育登录
尽管本葆实验室的研究成果令人印象深刻,范围宏大,但如果他的研究成果一直被封存在吉尔特纳大厅的角落里,影响相对较小。bob体育登录幸运的是,他和他的团队正在积极地将他们的研究带到学术界和更广泛的公众面前。bob体育登录
本鲍参与编辑了两本教科书,重点介绍了他实验室的研究领域。bob体育登录法医昆虫学:国际层面和前沿的论文中,汇集了来自六大洲20多个国家的昆虫学家的观点,讨论了昆虫学方法在法医案件中的实际应用。Benbow也参与了编辑腐肉生态学、进化及其应用,一本关于腐肉生态学领域的概览教科书,于8月出版。
“腐肉生态学的书更侧重于基础科学,”本鲍说。“当我们观察一些已经死亡的生物时,我们可以研究它,了解它的生活史和不断改变它的生物过程。然后我们利用这些基本知识,向人们展示如何将其应用于现实场景。”
然而,本葆的努力并不局限于为成人编写教科书。这幅色彩鲜艳的画作放在他实验室入口附近,是教授孩子们昆虫学的重要工具。
蛆是苍蝇的幼虫,在成年之前要经历三个生命阶段。在第三个阶段,也就是最后一个阶段,他们开始离开他们的起点,寻找大众想象中与他们联系在一起的黑暗、潮湿的地方。本葆用他们对光的厌恶作为一种方式,在小学课堂上展示他们的习惯。本鲍的团队将蛆虫浸入油漆中,将它们放在白色画布上,并用强光照射它们。蛆虫逃离阳光时,会留下色彩绚丽的蜿蜒轨迹。
除了让孩子们惊叹,这些课程也有实际应用。
本鲍解释说:“在法医环境中,从受伤尸体上游荡的蛆可能被分解液覆盖。”“它们在行进时留下很细的痕迹,不熟悉它们这方面行为的调查人员可能会把这些痕迹误认为是干燥的血迹飞溅,从而导致对犯罪现场的误解。”
然而,最大的外联工作是帮助悲伤的家庭释怀。
本葆说:“作为一名科学家,你可以做一些仅仅为了科学、仅仅为了了解自然的事情。”“这很重要,它让科学继续发展。但科学也需要应用。我可以用一只昆虫来帮助一个正在遭受损失的家庭,尤其是一个不合时宜的损失,并为那些情况伸张正义。我知道我的工作不仅对科学有贡献——对社会,对人类也有贡献。我实验室里的每个人都是这个项目的重要组成部分。”
本文发表在《未来》杂志上,该杂志由密歇根州立大学AgBioResearch每年出版两次。BOB体育bob体育登录欲查看过去的期货,请访问www.futuresmagazine.msu.edu.欲了解更多信息,请发邮件给编辑霍莉·惠茨斯通whetst11@msu.edu或打电话517-355-0123.