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科學家發現有史以來最大的細菌

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在加勒比海的一片紅樹林中,科學家們發現了一種大小和形狀與人類睫毛相當的細菌。

這些細胞是有史以來觀察到的最大的細菌,比大腸桿菌等熟悉的細菌大數千倍。 在加州伯克利。

週四,Volland 博士和他的同事在《科學》雜誌上發表了他們對這種細菌的研究,這種細菌被稱為誇張的 Thiomargarita。

科學家們曾經認為細菌太簡單而無法製造大細胞。 但事實證明,誇張的 Thiomargarita 非常複雜。 .

自荷蘭鏡片研磨師安東尼·範·列文虎克通過刮牙發現細菌以來,已經過去了大約 350 年。 當他將牙菌斑放在原始顯微鏡下時,他驚訝地看到單細胞生物在接下來的三個世紀裡游來游去,科學家們發現了許多其他類型的細菌,都是肉眼無法看到的。 例如,大腸桿菌細胞的大小約為兩微米或小於十分之一英寸。

每個細菌細胞都是它自己的有機體,這意味著它可以生長並分裂成一對新的細菌。 但是細菌細胞經常生活在一起。 範列文虎克的牙齒上覆蓋著一層含有數十億細菌的果凍狀膜。 在湖泊和河流中,一些細菌的細胞粘在一起形成細絲。

我們人類是多細胞生物,我們的身體由大約 30 萬億個細胞組成。 雖然我們的細胞也是肉眼看不見的,但它們通常比細菌大得多。 人類卵細胞的直徑約為 120 微米,即千分之五英寸。

其他物種的細胞可以長得更大:綠藻 Caulerpa taxfolia 產生的葉片狀細胞可以長到一英尺長。

當小細胞和大細胞之間的差距出現時,科學家們通過觀察進化過程來理解它。 動物、植物和真菌都屬於同一個進化譜系,稱為真核生物。 真核生物具有許多幫助它們產生大細胞的適應性。 科學家解釋說,如果沒有這些適應,細菌細胞就必須很小。

首先,一個大的細胞需要物理支撐,這樣它就不會倒塌或撕裂。 真核細胞含有剛性分子索,其功能類似於觸角。 然而,細菌沒有這種細胞骨架。

大細胞也面臨著化學挑戰:隨著體積的增加,分子需要更長的時間才能四處移動並遇到合適的伙伴以進行化學反應。確切地說。

真核生物通過在細胞中填充可以發生不同生化物質的微小隔間來解決這個問題。 他們將自己的 DNA 與可以讀取基因以製造蛋白質的分子或在細胞繁殖時製造新的 DNA 副本的蛋白質一起保存在一個稱為細胞核的口袋中。 每個細胞在稱為線粒體的囊內產生燃料。

細菌沒有在真核細胞中發現的隔室。 沒有細胞核,每個細菌通常在其內部攜帶一個自由浮動的 DNA 環。 它們也沒有線粒體。 相反,它們通常使用嵌入在其膜中的分子來製造燃料。 這種安排適用於極小的小區。

細菌的簡單性似乎解釋了它們為何如此之小:它們沒有變大所需的複雜性。

然而,據位於加利福尼亞州門洛帕克的複雜系統研究實驗室的創始人兼 Volland 博士的合著者 Shailesh Date 說,這個結論太倉促了。 微生物世界的一小部分。

“我們只是在表面上,但我們非常教條,”他說。

這個教條在 1990 年代開始破裂。微生物學家發現一些細菌有自己獨立的進化區室。 他們還發現了肉眼可見的物種。 例如,Epulopiscium fishelsoni 於 1993 年被發現。這種細菌生活在手術魚體內,可以長到 600 微米長——比一粒鹽還大。

安的列斯大學生物學家 Olivier Gros 於 2009 年在法屬加勒比海島嶼群瓜德羅普島調查紅樹林時發現了誇張的 Thiomargarita。 枯葉漂浮在水中。

起初,格羅斯博士不知道他發現了什麼,他認為意大利面可能是蘑菇、小海綿或其他真核生物。

Gros 博士與 Volland 博士和其他科學家合作,仔細研究了這些奇怪的生物。

結果並非如此。 當研究人員用電子顯微鏡觀察細菌麵條內部時,他們意識到每個都是自己的鉅細胞。 平均電池長度約為 9,000 微米,最大的電池為 20,000 微米 – 長度足以超過一角硬幣的直徑。

放大的 Thiomargarita 的研究進展緩慢,因為 Vallant 博士和他的同事們還沒有弄清楚如何在他們的實驗室中培養這種細菌。 目前,每次團隊想要進行新實驗時,格羅斯博士都必須收集新的細菌供應。 他不僅可以在樹葉上找到它們,還可以在牡蠣殼和位於紅樹林富含硫的沉積物上的塑料瓶上找到它們。 但細菌似乎遵循不可預測的生命週期。

“在過去的兩個月裡,我一直找不到他們,”格羅斯博士說,“我不知道他們在哪裡。”

在放大的 Thiomargarita 細胞內,研究人員發現了一個複雜而奇怪的結構。 它們的膜內嵌有不同類型的隔室。 這些隔間與我們的牢房不同,但它們可以讓誇張的 Thiomargarita 長到巨大的尺寸。

一些隔間似乎是燃料工廠,細菌可以利用它在紅樹林中消耗的硝酸鹽和其他化學物質來利用能量。

放大後的 Thiomargarita 還有其他看起來很像人類的隔間。 每個隔間,科學家們在獼猴桃等水果中的微小種子之後將其稱為 pepins,其中包含一個 DNA 環。 典型的細菌細胞只有一個 DNA 環,而放大的 Thiomargarita 則有數十萬個,每個都隱藏在一個單獨的 pepin 內。

更值得注意的是,每個 pepin 都包含從其 DNA 生產蛋白質的工廠。 “基本上,它們的細胞內幾乎沒有細胞,”聖路易斯華盛頓大學的微生物學家佩特拉·萊文說。 沒有參與這項研究的路易斯說。

Thiomargarita 大量供應誇張的 DNA 可能使其能夠製造所需的額外蛋白質。 每個 pepin 都可以產生細菌自身區域所需的一組特定蛋白質。

Volland 博士和他的同事們希望,一旦他們開始培養細菌,他們將能夠證實這些假設並解開其他謎團,例如細菌如何能活這麼久,但沒有分子骨架。

“你可以從水中取出一小股,然後把它放在另一個罐子裡,”沃爾蘭博士說。

戴特博士說,可能還有更多的巨型細菌等待被發現,甚至可能比誇張的硫瑪格麗塔還要大。

“它們能有多大,我們真的不知道,”他說。 但現在,這種細菌為我們指明了道路。”

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