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肉眼可见的细菌 精选

已有 4812 次阅读 2022-6-25 15:06 |系统分类:海外观察

传统观点认为细菌都是非常小的细胞,人类肉眼无法看到。但是现在这种观点需要改变,因为科学家已经明确发现了肉眼可见的细菌。这种丝状细菌发现可能打开了一个窗口,意味着存在更多类似细菌的可能,当然也可能存在真核细胞的不同类型。

在加勒比海的瓜德罗普岛的红树林中,一些奇特的丝状生物潜伏在沉入海底的腐叶上。这些丝状生物,长度可达一厘米,是迄今为止发现的最大的单细胞细菌。它们以氧化硫为生,是已知细菌的50倍。

2009年,生物学家奥利维尔·格罗斯在法属西印度群岛的安的列斯大学工作,他在探索瓜德罗普岛的红树林时发现了这种细菌。格罗斯说:“一开始,我以为它是一种真菌之类的东西——不是细菌,可能是真核生物。”不像细菌和古细菌是简单的微生物,真核生物——包括动物和植物——有复杂的细胞,包括细胞核和线粒体这样的细胞器。

当他回到位于瓜德罗普的实验室时,格罗斯在显微镜下检查了他的发现。就在那时,他意识到他看到的不是真核生物——他发现了一些特别的东西。2018年,加州劳伦斯伯克利国家实验室的海洋生物学家让-玛丽·沃兰(Jean-Marie Volland)使用一系列方法更仔细地观察了这些细菌,包括透射电子显微镜和一种称为荧光原位杂交的成像技术。通过这种方式,他帮助确认了它是一个单细胞。两位作者在今年2月的预印本上报告了他们的研究结果,现在已经发表在了《科学》杂志上。

在硫玛格丽塔细菌家族中还有其他的庞然大物,但第二大的只有大约750微米长。在红树林中也发现了其他丝状细菌,但它们都由数十或数百个细胞组成。“T. magnifica的独特之处在于,整个花丝,是红树林中最长的花丝之一,只有一个细胞,”Volland说。

细菌的核心是液泡——一种惰性的充满液体的膜。在边缘周围是膜结合的结构,作者称其为pepins,并描述为类似于在真核细胞中发现的细胞器。

巨大的Thiomargarita magnifica(华丽硫珠菌)是不同寻常的,主要是因为它的大小。在其他细菌中,遗传物质在细胞内自由漂浮,通常只有一条环状染色体。在T. magnifica中,研究小组发现基因信息储存在成千上万的pepin中。其中每一个都含有DNA和核糖体,核糖体是将DNA指令转化为蛋白质的分子机器。这些pepins总共拥有多达70万个基因组拷贝。

A centimeter-long bacterium with DNA contained in metabolically active, membrane-bound organelles (science.org)

研究人员对内部的DNA进行测序发现,其基因组非常庞大,有1100万个碱基,其中包含约11000个可清晰区分的基因。通常,细菌基因组平均大约有400万个碱基和大约3900个基因。核糖体也位于充满DNA的囊内,这可能使基因编码转化为蛋白质的效率更高。日本九州工业大学计算生物学家竹本和弘表示,这种细菌不仅颠覆了人们关于微生物可变得多么庞大和复杂的观念,还“可能是复杂细胞进化过程中缺失的一环”。

许多问题依然存在。其中包括红树林的特定栖息地,其中含有大量的含硫分子和嗜硫微生物,是否对这种细菌的存在至关重要。而pepins本身也需要更仔细的观察,以确定它们是否都含有相同的遗传物质、核糖体和蛋白质的混合。“我们还没有对单个的pepins进行测序——我们已经对整个细胞进行了测序,其中包含数十万个pepins,”Volland说。特别是,研究人员不知道每个pepin是否只包含一个基因组拷贝,还是不止一个。

既然T. magnifica已经被发现,Gros希望其他团队继续寻找更大的细菌,他说,这些细菌可能隐藏在肉眼可见的地方。密苏里州圣路易斯华盛顿大学的佩特拉·莱文(Petra Levin)说,这一发现挑战了细菌比真核细胞大小限制更低的传统观点。“在某些时候,细胞大小可能会有一个上限,但我不认为这是细菌、古细菌或真核生物特有的。”

莱文说:“我们真的不应该低估进化,因为我们无法猜测它将走向何方。”“我本来不会猜到这个东西的存在,但现在我看到了它,我可以看到进化到这一点的逻辑。”

 




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