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一說起微生物，我們都知道，它們是個體非常微小的，只能用顯微鏡才能看到的生命。然而，一種新發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌顛覆了這一觀點(diǎn)。

這種被新發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌生活在加勒比海的紅樹林中，它的線狀單細(xì)胞肉眼可見，甚至可以長到2厘米長，相當(dāng)于一個花生的長度，這比許多其他已知的微生物要大5000倍。更重要的是，這種巨大的細(xì)菌擁有一個巨大的基因組，它不能像其他細(xì)菌的基因組那樣在細(xì)胞內(nèi)自由漂浮，而是被包裹在一層膜中。這是一種更復(fù)雜細(xì)胞的新特征，類似人體中的細(xì)胞。

近日，發(fā)表在預(yù)印本服務(wù)器上的一項(xiàng)研究公布了這種細(xì)菌。該細(xì)菌的特征讓一些研究人員為之震驚。

美國馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的微生物學(xué)家Verena Carvalho說：“這種細(xì)菌把我所認(rèn)為的細(xì)菌個頭上限提高了10倍。”

美國加州大學(xué)圣地亞哥分校傳染病學(xué)家Victor Nizet補(bǔ)充說，這一發(fā)現(xiàn)非常神奇，令人大開眼界。這種超大的細(xì)菌比果蠅和線蟲這些常見的實(shí)驗(yàn)室動物更大。

日本九州工業(yè)大學(xué)的計(jì)算生物學(xué)家Kazuhiro Takemoto說：“除了顛覆我們有關(guān)微生物可以多大、多復(fù)雜的觀點(diǎn)外，這種細(xì)菌可能是復(fù)雜細(xì)胞進(jìn)化中缺失的一環(huán)?！?/p>

長期以來，研究人員將生命分為兩類：原核生物和真核生物。前者包括細(xì)菌和被稱為古細(xì)菌的單細(xì)胞生物；后者包括從酵母菌到大多數(shù)形式的多細(xì)胞生命（包括人類在內(nèi)）。原核生物具有自由漂浮的DNA，而真核生物則將DNA包裝在細(xì)胞核中。真核生物也將各種細(xì)胞功能劃分成名為細(xì)胞器的囊泡，并能將分子從一個囊泡移動到另一個囊泡，這是原核生物無法做到的。

新發(fā)現(xiàn)的這種微生物模糊了原核生物和真核生物之間的界限。

大約10年前，法屬安的列斯群島大學(xué)的海洋生物學(xué)家Olivier Gros發(fā)現(xiàn)了這種奇怪的生物，它以細(xì)絲的形式生長在當(dāng)?shù)卣訚芍懈癄€的紅樹葉表面。直到5年后，他和他的同事才確定這些生物體實(shí)際上是細(xì)菌。直到最近，Gros的研究生Jean-Marie Volland決定試圖描述這種微生物的特征，他們才意識到它有多么特別。

有些微生物能夠形成可見的莖或由一堆細(xì)胞組成的細(xì)絲，如粘液菌和藍(lán)綠藻，但該研究團(tuán)隊(duì)使用了各種顯微鏡和染色方法驗(yàn)證了紅樹林中的每一個細(xì)絲都只是一個細(xì)胞。Volland回憶道：“這是我們起初不相信的事情?！?/p>

此外，該細(xì)胞包括兩個膜囊，其中一個包含細(xì)胞的所有DNA。

Carvalho說：“Volland將囊（sac）稱為一種細(xì)胞器，這是一個重大的進(jìn)步，意味著生命的兩個分支并不像以前認(rèn)為的那樣不同。

華盛頓大學(xué)圣路易斯分校的微生物學(xué)家Petra Levin對此表示贊同，她說：“也許是時(shí)候重新思考我們對真核生物和原核生物的定義了！這是一個超級酷的故事?！?/p>

另一個囊充滿了水，這可能是細(xì)菌生長得如此之大的原因。微生物學(xué)家過去認(rèn)為細(xì)菌必須很小，部分原因是它們通過細(xì)胞內(nèi)部的分子擴(kuò)散來進(jìn)食、呼吸和排出毒素，而且這些分子可以傳播的距離是有限的。

在1999年，研究人員在納米比亞海岸發(fā)現(xiàn)了一種巨大的食硫微生物，其大小與罌粟籽差不多。它之所以很大，是因?yàn)樗募?xì)胞內(nèi)容物被一個充滿水和硝酸鹽的巨大囊擠壓到了它的細(xì)胞外壁上。研究該細(xì)菌的Carvalho說，細(xì)菌的基本分子仍然可以擴(kuò)散進(jìn)出，因?yàn)榧?xì)胞只能沿著邊緣存活。

科學(xué)家后來發(fā)現(xiàn)了其他的大型食硫細(xì)菌，但它們的長絲都由多個細(xì)胞組成。

就像在納米比亞發(fā)現(xiàn)的微生物一樣，這種在紅樹林中新發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌也有一個巨大的水囊，大概占其總體積的73%。這種相似性和基因分析促使研究團(tuán)隊(duì)將其與大多數(shù)大型微生物歸類到同一個屬中，并提議將其命名為Thiomargarita magnifica（巨大的硫菌）。

研究微生物如何影響地球化學(xué)循環(huán)的田納西大學(xué)諾克斯維爾分校的生物信息學(xué)家Andrew Steen說：“多么好的名字啊！聽到這個名字讓我感覺到好像聽到一只巨大恐龍的名字，或某種巨大、極冷極熱、致密或怪異的天體結(jié)構(gòu)?！?/p>

Volland發(fā)現(xiàn)最大的T.magnifica細(xì)胞有2厘米長，但Carvalho認(rèn)為，如果不被踩踏、吃掉、被風(fēng)吹跑或被海浪沖走，它們可能還會變得更大。

充滿DNA的囊沿著細(xì)胞內(nèi)邊緣擠壓，結(jié)果也被證明是非同尋常的。當(dāng)研究人員對里面的DNA進(jìn)行測序時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)基因組是巨大的，達(dá)到1100萬個堿基，包含大約11000個清晰可分辨的基因。通常情況下，細(xì)菌基因組平均約有400萬個堿基和約3900個基因。

通過用熒光標(biāo)記DNA，Volland確定了這種細(xì)菌的基因組如此之大是因?yàn)橛谐^50萬份相同長度的DNA。被稱為核糖體的蛋白質(zhì)生產(chǎn)工廠也位于充滿DNA的囊內(nèi)，這可能使基因代碼轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)的效率更高。

莫納什大學(xué)微生物學(xué)家Chris Greening說：“將遺傳物質(zhì)與其他物質(zhì)分離，可以實(shí)現(xiàn)更精密的控制和更高的復(fù)雜度。”

Greening補(bǔ)充道：“細(xì)菌通常被認(rèn)為是小型、簡單、進(jìn)化不足的生命形式。然而，這種細(xì)菌表明這種觀點(diǎn)與事實(shí)相差甚遠(yuǎn)?！?/p>

論文鏈接：

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.02.16.480423v1.full.pdf

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