细菌可能是古老的生物,但不要称它们为原始生物。尽管是单细胞生物,它们也能集体行动——与邻居分享营养,与同伴协调移动,甚至为了菌落的更大利益而自我牺牲。从细胞到细胞传播的分子能够实现这种群体行为,这种信号传递过程被称为群体感应。现在,新的证据表明,细菌可能还有另一种“交谈”方式:通过电信号进行交流——这种机制 ранее 被认为仅发生在多细胞生物中。
2010年,分子生物学家居罗尔·叙尔(Gürol Süel),当时还在加州大学圣地亚哥分校,开始研究一种名为枯草芽孢杆菌的土壤细菌如何生长成超过一百万个细胞的大型群落并仍然茁壮成长。他和他的同事发现,一旦菌落达到临界大小,外围的细菌就会停止繁殖,以便为核心细胞留下充足的营养供应。
但这一观察结果引出了一个问题,即边缘细胞如何接收到停止分裂的信号。在最近的一项后续研究中,叙尔发现,在这种情况下,细胞间信号实际上是电信号。信息通过离子通道传播,离子通道是细胞表面的蛋白质,控制带电粒子(在本例中为钾离子)进出细胞的流动。这些通道的打开和关闭可以改变相邻细胞的电荷,诱导它们释放这些粒子,从而将电信号从一个细胞传递到下一个细胞。“我们早就知道细菌有离子通道,人们也为它们分配了不同的功能,但都只是在单个细胞的背景下,”叙尔说。“现在我们看到,它们也被用来协调数百万细胞的行为。”这项研究发表在《自然》杂志上。
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这种类型的电信号传导也是我们大脑中神经元传递信息的方式。因此,这项发现和其他发现正在促使科学家重新评估他们对单细胞生命的假设。“细菌一直被认为是受限的,因为它们不是多细胞的,”德克萨斯农工大学的生物学家史蒂夫·洛克莱斯(Steve Lockless)说,他没有参与这项研究。但随着单细胞生物越来越多地提供多方面行为的证据,情况可能很快就会改变。