本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
就像一堆蒸汽腾腾的熔岩或融化冰川下的潮湿土壤一样，刚刚清洗过的船体对新的生命具有磁铁般的吸引力。最先加入这场盛宴的是微生物，例如假交替单胞菌，这种细菌因其在实验室培养皿中将自身染成黄色和紫色的奇特习性而得名。
但这场盛宴却是个问题，因为假交替单胞菌和类似的微生物会引发连锁反应，导致船体再次长满藤壶、管虫和其他有害的结壳生物。
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无论您是 17 世纪的私掠船船长、20 世纪的朗姆酒走私者，还是 21 世纪驾驶航空母舰的水手，这都是坏消息。这是因为这些生物实际上会产生阻力，并可能导致皇家海军或联邦政府的逮捕，或者浪费数百万美元的燃料来推动这些搭便车者在水中前进。
但关于假交替单胞菌最引人注目的不是它引发的生长会让男子健发俱乐部都嫉妒，而是如何做到这一点，至少对于附着在船上的管虫秀丽隐杆线虫来说：假交替单胞菌构建了带刺的花朵，这些花朵由可注射的病毒尾部组成，并通过复杂的六边形网格连接在一起，幼年管虫以某种方式利用这些结构来探测它们的着陆点。
在这段视频中，显微镜在细菌细胞的连续层中放大和缩小，计算机重建图叠加在上面，帮助您了解该结构在 3D 中的外观。
没有人能够理解它们为何要构建和释放这些由明显从攻击细菌的病毒那里窃取的成分构建而成的带刺花朵。这些神秘结构以某种方式被海洋管虫用来感知它们何时到达了裸露的船体这一殖民的乐土，并触发它们从漂流的幼虫到合适的定居幼年管虫的变态。生物世界充满了奇怪的进化迂回，但即使以我的标准来看，这也非常离奇。
秀丽隐杆线虫不是您听说过的那种管虫——那种巨大的、身体呈鲜红色的管虫，它们生长在喷涌着滚烫黑烟的性感热液喷口周围。秀丽隐杆线虫更像是一种蓝领管虫。
为了显示比例，这里是它们在乔治·华盛顿头像旁边摆姿势。
它像其他管虫一样生活，以漂流的幼虫开始生命
最终变态成幼年管虫，
安顿下来，长出管子，并将羽毛状的进食触手伸入水中，以抓住海洋可能带来的任何美味碎屑。当它决定传宗接代时，它会尽职尽责地将卵子或精子（视情况而定）释放到水中，然后继续它的生活，直到死神降临。
虽然它们很小而不起眼，但仍然非常美丽。如果您残忍地将其中一个从管子中拉出来，它看起来像这样
但是，幼虫如何做出最终的承诺：在哪里粘住它的管子？似乎，它会寻找已经为它做出决定的细菌，并将它们用作标记。科学家们此前已经确定，假交替单胞菌的某些东西——特别是其基因制造的某些东西——可以触发秀丽隐杆线虫的变态。然后在去年，加州理工学院和夏威夷大学马诺阿分校的科学家报告称，假交替单胞菌制造的上述奇怪的带刺阵列对于管虫幼虫的定居是必要的，尽管可能不是充分的条件。
为了了解更多信息，他们研究了这些奇怪结构的结构、外观和功能。这些阵列包含约 100 个类似皮下注射针的结构，这些结构实际上是噬菌体的基板、尾部和尾纤维，噬菌体是攻击和杀死细菌的病毒，并以其与阿波罗时代登月舱的相似性而闻名。这些病毒以险恶的方式利用这些尾部将其 DNA 注射到毫无戒心的宿主细菌中。
“Tevenphage”，作者：Adenosine（原始）；en:User:Pbroks13（重绘）– http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Tevenphage.png。根据 CC BY-SA 2.5 通过 Wikimedia Commons 获得许可。
不知何故，这些细菌窃取了用于制造注射尾管、尾纤维和基板的基因，但没有窃取多面体头部的基因。一旦组装成半个病毒，它们就会将它们倒置，并将它们连接成半球形阵列，这些阵列在相当无定形的基部连接在一起，然后在末端通过它们的尾纤维和一种尚未确定的蛋白质重新连接成六边形网格或晶格。科学家发现，如果没有用于鞘、管和基板的基因，假交替单胞菌就无法在实验室中诱导秀丽隐杆线虫发生变态。科学家们将这些结构称为“MAC”（变态相关收缩结构），因为它们对管虫幼虫有影响。据他们所知，以前从未见过这种结构。
这是一段没有叠加计算机重建图的视频，因此您可以更好地了解它们在显微镜下的外观。
奇怪的是，细菌似乎只在自杀和破裂之前才产生复杂的结构——而且它们似乎尽可能多地将这些结构塞满细胞——从而将这些结构释放到环境中。实验室种群中只有约 2.4% 的细胞会这样做。MAC 阵列在细胞内部比外部更紧密地堆积，暗示它们在细胞死亡和分解时会膨胀。此外，在测试中，即使在没有活的假交替单胞菌细胞的情况下，温和纯化的 MAC 阵列也能够诱导秀丽隐杆线虫发生变态。
在下面的图中，黄色圆形部分是 MAC 阵列的基部。病毒基板看起来像一张栗色的桌子，而橙色的尾纤维向后指向并看起来像是手牵着手。
阵列中的单个病毒尾管可以移动，就像它们在注射噬菌体病毒中一样，并且在几个位置被发现。管子本身实际上由两个单元组成：一个内部射弹管（可以将其视为矛）和一个外部鞘（矛发射器）。通常，鞘会收缩以弹出管子，从而将病毒的 DNA 插入宿主。在这种情况下，至少据我们所知，没有 DNA。
管子可能在没有鞘 (T) 的情况下存在，或者完全包裹在鞘 (E) 中，鞘可能已经收缩但管子没有移动 (J)，或者从收缩的鞘 (C) 中伸出，或者鞘可能已经收缩但内部根本没有管子 (S)。位置 T 可能只是半成品 MAC。位置“E”可能是完全武装和可操作的配置，而 C 和 S 代表成功发射，其中管子在部署后仍留在原位或完全清除了鞘。Js 可能代表卡顿或哑火。字母旁边的数字表示在他们的样本中每种配置被计数的次数。
这是这些可能性在显微镜下的样子。它们具有与上图相同的标签（T、E、J、C 和 S）。此外，您还可以清楚地看到病毒基板 (B) 和尾纤维 (TF)。当鞘收缩时，其表面纹理呈螺旋状，而当伸展时，它看起来是均匀的。您可以在上图和下图照片中看到这一点。
那么这东西到底是干什么用的呢？简短的回答是：我们不知道。
正如我之前提到的，带刺的 MAC 阵列是由细菌在死亡前制造的。当细胞死亡和破裂时，阵列被释放到环境中并膨胀，类似于发射的卫星到达太空后展开的方式。我们不知道细菌为什么要制造它们。我们也不知道秀丽隐杆线虫究竟是如何与它们相互作用的。
不过，科学家们有一些假设。通过六边形网格将纤维连接在一起可能使 MAC 阵列能够协调其发射，并在每次撞击时传递最大的冲击力；在科学家们观察到的发射阵列中，所有发射的纤维都物理地聚集在一起。
一定存在强大的进化压力，促使假交替单胞菌形成 MAC 阵列——制造它们需要付出最终的代价：自杀。细菌制造它们的目的可能与管虫利用它们的目的完全无关。细菌拥有病毒基因和它们从中制造的噬菌体片段实际上并不罕见。它们经常利用这些片段来刺伤和杀死其他细菌。因此，该团队将假交替单胞菌 MAC 提取物放入装有相关细菌的容器中，以查看它们是否可以杀死这些细菌。它们不能。然而，可能存在其他类型的 MAC 或其他条件，在这些条件下它们可以做到。
诱导管虫在附近定居可能对细菌有何益处，或者是否有益处，也远不清楚。MAC 以前曾被发现与动物相互作用。细菌 MAC 会导致草地蛴螬食欲不振，并能杀死蜡蛾。但所有已知的 MAC-动物相互作用都会伤害相关动物，因此 MAC 花朵-管虫关系在这方面也是新的。假交替单胞菌还会诱导珊瑚和海胆幼虫变态。
最后，重要的是要注意，假交替单胞菌是微生物群落的一部分，该群落在海洋中任何新暴露的坚硬表面（无论是船体还是裸露的岩石）上形成表面“生物膜”，并且如前所述，它们为各种无脊椎动物产生诱导变态的信号。因此，这个过程——在船舶上被轻蔑地称为“生物污损”——实际上对于建立健康的珊瑚礁和保持海洋平稳运行至关重要。
因此，我们自己将闪亮的船体放入旨在立即征服它们的有机汤中是我们的错。但是，通过了解像 MAC 阵列这样触发结壳生物蜂拥而至的过程和结构，我们最终可能会找到一种简单而优雅的方法来阻止这一过程，从而节省大量资金和不必要的二氧化碳排放。为这项关于美丽的、默默无闻的亚细胞结构的研究提供资金的机构之一，该结构与微小的管虫进行着某种惊人的进化探戈，正是美国海军。
参考文献
Shikuma NJ、GL Weiss、MG Hadfield、GJ Jensen 和 DK Newman (2014)。Marine Tubeworm Metamorphosis Induced by Arrays of Bacterial Phage Tail-Like Structures，《科学》，343 (6170) 529-533。DOI：http://dx.doi.org/10.1126/science.1246794