多细胞性

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点


我最近痴迷于细菌的多细胞性。单细胞微生物不断地与它们的邻居相互作用,从同一物种的个体到来自不同生命领域的细胞,形成复杂的生物膜模式、复杂的营养共生关系和复杂的团块

由多种不同物种组成的团块和颗粒在许多有趣的环境中自发形成。在厌氧废水污泥反应器中,大的有机分子被细菌的聚集体分解。如果没有这些团块中细菌的紧密结合,许多化学反应将是不利的,在这些团块中,不同物种之间可以自由交换代谢物。颗粒外部的细菌将较大的分子分解成酸,然后传递给其他消耗这些酸并产生氢气和二氧化碳的物种。在颗粒的中心,产甲烷古菌消耗氢气和二氧化碳以产生甲烷气体。类似的微生物关系发生在牛的瘤胃中,只是产甲烷菌生活在较大的原生动物细胞的外部,产生牛屁的甲烷气体,这是温室气体的重要来源。

开菲尔(一种起泡的酸奶状饮料)中也发现了许多不同微生物物种的团块。开菲尔是通过在海绵状纤维基质上形成的酵母和乳酸菌颗粒发酵的。《大众科学》上林恩·马古利斯(Lynn Margulis)撰写的一篇精彩的文章推测了开菲尔颗粒中多细胞生命和死亡的进化起源。


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开菲尔看起来像大凝乳干酪,通过分裂生长。它发酵牛奶中的糖和蛋白质,制成酸奶状饮料。当确保个体性的活跃代谢停止时,开菲尔凝乳会溶解并死亡,而不会衰老。在凝乳死亡后,开菲尔个体变成了发酵微生物的任意混合物,而不是形成每个凝乳的细菌和酵母的特定组合。就像我们从细菌之间的共生进化而来的原生生物祖先一样,开菲尔个体来自于30种不同微生物的物理结合。这些酵母和细菌在每次分裂时都保持精确的关系,从而保持个体凝乳的完整性。

有关细菌多细胞性的更多精彩示例,请查看詹姆斯·夏皮罗(James Shapiro)于1988年发表在《大众科学》上的文章“作为多细胞生物的细菌”(PDF)。

Christina Agapakis is a biologist, designer, and writer with an ecological and evolutionary approach to synthetic biology and biological engineering. Her PhD thesis projects at the Harvard Medical School include design of metabolic pathways in bacteria for hydrogen fuel production, personalized genetic engineering of plants, engineered photosynthetic endosymbiosis, and cheese smell-omics. With Oscillator and Icosahedron Labs she works towards envisioning the future of biological technologies and synthetic biology design.

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