白蚁，这些看似不起眼的小昆虫，其实是自然界了不起的工程师和分解者。它们能消化坚硬的木头，这离不开它们肠道里一个庞大而复杂的微生物世界。这篇科普文章将带您了解科学家们如何利用高科技工具，特别是Unisense微电极，深入探索一种以木材为食的高等白蚁（Nasutitermes属）的肠道环境，揭示了其肠道如同一个高度分工的“生物工厂”的秘密。

一、研究简介：白蚁肠道里的微生物王国

高等白蚁（比如筑丘的象白蚁）的肠道与我们熟悉的蚂蚁或蜜蜂不同，它们没有帮助消化木头的微小单细胞原生动物伙伴。它们完全依靠细菌来完成这项艰巨的任务！更特别的是，它们的肠道被分隔成几个连续的“小房间”（隔室），每个隔室都有着不同的环境条件和居住着独特的细菌群落。科学家们一直想了解：这些不同的“房间”里，氧气、酸碱度、甚至氢气的浓度具体是怎样的？什么样的细菌住在里面？它们各自承担什么工作？这项研究使用了一种强大的工具——Unisense微电极，像给白蚁肠道做“精密体检”一样，详细测量了这些环境参数，并结合DNA测序技术，绘制了每个“房间”的“住户名单”（细菌群落结构），揭示了这些“微型生物工厂”如何高效协作，分解坚硬的木头。

二、显微探针：潜入白蚁肠道的精密探测器（Unisense微电极实验方法）

为了精确测量白蚁肠道内部那极其微小的环境变化，科学家们使用了丹麦Unisense公司制造的尖端设备——微电极。这些电极的尖端非常细，直径只有大约10微米（比头发丝细得多），能够深入白蚁肠道的不同部位进行测量。

实验操作流程如下：

准备样品：小心地将白蚁解剖，取出完整的肠道。

固定肠道：把取出的肠道平铺在含有琼脂糖（一种类似于果冻的物质）的微型腔室中，并用更薄的琼脂糖覆盖固定。这样能让肠道保持自然形状，同时允许微电极顺利插入。

安装电极：将不同类型的Unisense微电极（包括测量氧气的OX-10电极、测量氢气的H2-10电极、测量pH值的PH-10电极和测量氧化还原电位的RD-10电极）安装在精密的显微操纵器上。

精确定位：在立体显微镜的观察下，手动操控显微操纵器，将微电极的尖端精确地定位到肠道内想要测量的具体位置（例如肠道中心或特定隔室）。

实时测量：将电极尖端小心地插入肠道，开始记录实时的氧气分压、氢气分压、pH值和氧化还原电位。测量通常在肠道固定后约10分钟内开始，整个过程不到1小时，以保证肠道组织的活性。

图1：Nasutitermes corniger的肠道。肠道包括嗉囊(C)、中肠(M)、混合段(ms)和几个后肠节段(P1至P5)；星号(*)标记P2（幽门瓣）的位置。

图2：在琼脂糖包埋的Nasutitermes corniger前部P3隔室中，相对于琼脂糖表面的氧气(O)和氢气(O)分压的径向分布图。虚线标出了近端和远端肠壁的位置。这些曲线是从不同白蚁身上获得的六组相似结果中选出的典型代表。

三、肠道探秘：微电极揭示的环境地图

利用Unisense微电极，科学家们绘制出了白蚁肠道内部环境的精细地图，发现了惊人的差异：

氧气与缺氧区：沿着肠道一路测量，发现氧气浓度变化剧烈。只有那个膨大的后肠囊（P3隔室，尤其是前部）是完全缺氧的区域，像个密封的发酵罐。肠道壁附近就像一个“氧气吸收层”，能阻止氧气进入P3深处。如果覆盖的琼脂糖太薄（<2mm），这个“罐子”也会漏进氧气。其他肠道部分（如P1、P4）则含有氧气。

氢气工厂：氢气这种易燃气体，只在缺氧的P3隔室（尤其是前部）大量积累，中心浓度最高（在实验室测量中最高可达12千帕，相当于大气压的12%！在活体测量中较低，约0.1-2.4千帕）。这说明P3是肠道内主要的产氢中心。

酸碱性过山车：肠道的酸碱度(pH)变化如同过山车：

嗉囊(C)：略偏酸。

中肠(M)：接近中性。

混合段/P1隔室：急剧变碱！P1隔室是最碱的地方，pH高达9.3-10.9，比家用漂白剂还碱！

P3隔室：酸碱度下降到中性。

后肠后部(P4,P5)：保持中性或略偏酸。

化学活性指标（氧化还原电位）：与氧气状况对应。缺氧的P3隔室化学环境适合还原反应（电位为负值），而含氧的隔室则适合氧化反应（电位为正值）。

总结：高度分工的肠道生物工厂

这项利用Unisense微电极和其他技术的研究，为我们清晰地描绘了高等白蚁肠道这个神奇的“微型生物工厂”：

严格分工：肠道被物理分隔成不同的“车间”（隔室），每个车间都有独特的环境（氧气、pH、氧化还原电位）。

核心发酵罐：膨大的后肠囊(P3)是核心“发酵车间”。这里是唯一完全缺氧的区域，积累了高浓度的氢气，细菌数量最多，最密集，是木材分解和发酵的主要场所。这里的“主力工人”是螺旋体菌（Spirochaetes）、纤维杆菌（Fibrobacteres）和TG3候选门的细菌，它们很可能负责分解木头纤维并产生氢气。

其他特色车间：

强碱消毒间(P1)：pH值极高（~10），形成一个独特的强碱性环境，居住着适应这种环境的特殊细菌（如Turicibacter和一些乳酸菌）。

后部加工间(P4/P5)：细菌数量比P3少很多，但群落结构独特，多样性高。这里的细菌可能负责处理来自P3的物质，或适应肠道后段的环境。其群落结构与嗉囊有相似之处，表明白蚁可能存在吃回自己粪便（食粪性或肛饲）的行为，以回收营养物质。

前段准备间(嗉囊/中肠)：嗉囊细菌群落多样；中肠则被少数几种厚壁菌门（主要是毛螺菌科Lachnospiraceae）主导，可能参与消化或自身被宿主消化吸收。

Unisense微电极技术在这次研究中发挥了关键作用，如同在微观世界中航行的精密探测器，让科学家能够直接“看到”并量化白蚁肠道内这些微米尺度上的环境变化（O₂,H₂,pH,氧化还原电位）。这些精确的环境数据，结合微生物群落分析，使我们能够推断不同细菌在各自“车间”中的可能功能，极大地深化了我们对白蚁如何依赖其肠道微生物伙伴高效分解木质纤维素这一自然奇迹的理解。这些发现不仅有趣，也可能为未来开发生物能源（如利用产氢细菌）或新型酶制剂提供宝贵的灵感。