国内 来源:快科技 阅读量:7861 2022-07-03 17:54
最近,科学界宣布了一项惊人的发现来自加州门洛帕克复杂系统研究实验室的海洋生物学家公布了一种长度为2厘米的细菌,并将其命名为T. magnifica
T.magnifica是丝状的,肉眼可见,但它只由一个细胞组成发现它的研究人员起初无法相信这一点,因为许多微生物可以形成肉眼可见的细丝,而那些细丝都是由许多细胞堆组成的
照片:曼陀罗
可是,研究人员花了5年时间,使用各种显微镜和染色方法,最终证实了宝螺确实是一种只有一个细胞的细菌。
这种大小的宝螺绝对是细菌界的巨人,它是普通细菌的5000倍用生物学家的话说,普通细菌就好比一个人站在珠穆朗玛峰前,用网友的话说,这就是所在,细菌,显然是粗菌
事实上,大多数细菌都很小,大多数微生物研究人员甚至认为细菌不应该长得很大magnifica比先前预测的最大细菌至少大10倍
那么问题来了,为什么宝螺能长这么大,而其他大多数细菌只能长得很小。
图:原核细胞和真核细胞的区别
简单原核细胞
长期以来,生物被分为两类一类称为真核生物,包括真菌和大多数形式的多细胞生物,包括我们
另一类是相对简单的原核生物,包括所有细菌和古生菌等单细胞生物,都归入这一类。
这里有一个例外,就是病毒病毒不属于这两类中的任何一类,所以关于病毒是不是生物的争议很多
真核生物和原核生物最大的区别在于它们的细胞是否有细胞核和其他细胞器细胞核和细胞器会牢牢锁住细胞的一些重要成分,比如DNA
很明显,相对简单的原核细胞没有细胞核的复杂结构同时,因为非常简单,它们的基因组也非常有限,有时甚至只有一个DNA环细菌基因组平均只有约400万个碱基,约3900个基因
这种简单的细胞结构和少量的基因组阻止了原核细胞进行复杂的细胞分化,因此原核细胞根本无法形成多细胞生物。
这就是为什么所有的原核生物,包括细菌,都是单细胞生物。
照片:多头绒泡菌生活在一起。
事实上,有些细菌会采用一种叫做生物膜的生存模式它们会分泌一些多糖作为粘合剂,互相粘住,就像有智慧产生群感应现象,以增强生存能力
但它们不像真正的多细胞生物一样有复杂的细胞分化mdashmdash各种细胞可以执行不同的功能,所以这个模型不能称为多细胞生物。
让简单变得更容易。
我们通常认为细胞应该很小,但实际上,有些细胞可以很大比如一些鸟类的受精卵也是肉眼可见的细胞,但作为原核生物的单细胞,细菌真的很难变大
这是因为这些简单的原核细胞没有那些复杂的细胞器,甚至DNA也在细胞内自由浮动,导致它们生命进程的空间有限。
如果原核细胞非常大,那么细胞的生命活动产生的废物从细胞中排出需要更长的时间,而这些废物很多对生命是有毒的。
因为原核细胞所有重要的东西都暴露在外,如果废物不能迅速排出细胞外,就可能自己中毒。
根据这个简单的过程可以推断,细菌的细胞结构应该不会太大。
但实际上,细菌很小,还有一些其他的进化因素,就是它们在摄取营养物质的时候,如果细胞太大,实际上会对它们非常不利,因为那样营养物质需要在细胞内流动更长的时间。
换句话说,如果细菌的细胞很大,那么它们的摄食效率就会很低,会消耗大量的能量,这对生物肯定是不利的。
因此,细菌的体积越小,就越节能和稳定,它们可以用更少的能量输入将自己的营养物质输送进细胞,并将代谢废物输送出细胞。
当然,节省下来的能量可以让它们繁殖更多自然选择很容易找到最佳生存方案,所以在进化方面,细菌应该不会太大
那么,为什么这个新发现的细菌是mdashmdash海棠花能长这么大。
2cm细菌维持细胞稳定。
其实没人知道为什么现在的海棠花能长这么大,但是这么大的情况下它不会被自己毒死或者饿死是有原因的。
1999年,研究人员在纳米比亚海岸附近发现了火龙果种子大小的巨型食硫细菌当时,研究人员发现,这种巨型细菌的细胞内容物被一个充满水和硝酸盐的巨大胶囊挤压到细胞壁上,它们进行生命活动的部分都沿着细胞边缘存在,这也是它们体积庞大并能够存活的原因
宝螺的情况和这种巨大的食硫细菌类似它们也有巨大的含有水的囊mdash约占其总量的73%
事实上,因为这两种细菌具有相似的遗传特征,所以被归为同一个属mdashmdash硫杆菌,而宝螺也像它们的近亲一样,mdash像巨大的食硫细菌一样,它们的细胞内容物被这种胶囊挤压到细胞边缘。
但是,与硫杆菌属中的其他细菌相比,宝螺也有一个sac mdashmdash一种类似于细胞核功能的结构,所有的DNA都被包裹在其中。
实际上,T. magnific有点像原核细胞和真核细胞之间的细胞结构,所以这项研究的研究人员直言不讳地说:是时候重新思考我们对真核细胞和原核细胞的定义了。
有了保护DNA的结构后,壮丽霸王龙自然有了更多的基因组经过测序,研究人员发现,华丽志贺菌拥有1100万个碱基,包括约1.1万个可清晰识别的基因,是普通细菌的近3倍
基因多了,自然有资格变得更复杂,这也是它们能变大的原因之一。
最后
事实上,单细胞生物的细胞变大后,也有明显的生存优势,因为这增加了它们的表面积,可以更好,更多地吸收营养同时,由于它们的体型较大,不太可能被其他微生物吃掉
当然,现在对T. magnific的进化目的还有待进一步研究,但无论如何,这是细菌奇迹。
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