细胞生物的聪明之举:突变让自己变更强

2009年07月17日  |  23:48分类:无时效性  |  标签:  |  550 次浏览

地球上绝大多数物种是单细胞生物。它们大多隐居在这个星球不为人知的角落里,籍籍无名。但生命是如此的奇妙,总会有一些看似简单的生物,向我们展示着它们无与伦比的能力,一种生命的力量。有的微生物十分强壮;有的微生物能够一睡万年;有的微生物则可在极端环境中茁壮成长,尽管其他大多数生命在这种环境下会刹那间凋零。

生命的奇妙之处不仅如此,很多细菌和原生物的行为表明,它们很“聪明”,尽管它们的聪明行为不是有意识思考的结果,因为不像人类或者其他复杂生物,它们没有神经系统,更不用说大脑了。但就是这样的简单生物一样令人着迷。英国《新科学家》杂志网站6月30日就介绍了这些简单生命令人印象深刻的聪明事。

沟通:告诉你我的想法

细菌可通过化学物质进行相互交流。交流的原因多种多样,有的难以理解,除非你是另一个细菌(或专门的细菌学家)。其中最显著的例子是枯草芽孢杆菌。如果这种细菌生长在食物贫瘠的地方,它就会向周围释放一种化学物质,告诉邻居:“这里没有太多的食物,请你们离开,否则我们就都会饿死。”在得到这些化学讯息后,其他细菌会远远躲开,从而完全改变菌群的形状。

决策:让我们共进退

许多单细胞生物体能够算出自己附近有多少同类,这种能力被称为“数量感应”能力。芝加哥大学研究人员进行的实验表明,细菌会向周围环境中释放少量的化学物质——一种它们可通过外壁的感受器官感知的化学物质,如果周围还有很多细菌释放相同的化学物质,当该物质水平达到一个临界点时,细菌会改变自己的行为模式。如病原菌经常使用数量感应能力来决定何时向它们的宿主发动攻击。一旦它们积累了足够的数量,足以压倒宿主的免疫系统,它们就会共同发起进攻。

协作:我们也有自己的城市生活

细菌不仅很健谈,也很会合作,会形成自己的社区。它们这样做的结果就是形成一个生物膜,这在水管内壁或者厨房里很常见。在如人体消化系统这样的“生物避难所”里也会有这样的黏菌薄层。事实上,哪里有大量的水,哪里就可能找到这样的“细菌城市”。在这些“细菌城市”中,许多不同种类的细菌会并肩生存,彼此咀嚼着其他细菌的废弃物,共同开发食物资源,共同防御外来的威胁,如抗生素。

突变:让自己变得更强

许多微生物具有加快基因突变速率的能力,这使得它们在面对恶化的生存环境时能获得新技能来帮助自己渡过难关。这是一个危险的策略,因为许多新的突变会是有害的,有时甚至是致命的。实际上,这也是它们濒临绝境时的无奈选择,是最后的抗争战术。这样的例子很多,如大肠杆菌在面临压力时会加速变异,酵母菌也会玩同样的把戏。

在上世纪90年代早期,有研究者认为细菌可能会有某种方法来“选择”特别有用的突变。这种指向性变异的观点非常有争议,遭到许多人的反对。

旅行:看看周遭的世界

众所周知,许多动物可以穿越遥远的距离周游世界,如迁徙的鸟类和蜜蜂。但你可能想不到,微生物在这方面做得也不错,衣藻就会为了光合作用而追逐阳光。有些细菌会根据环境中存在的化学物质状况进行移动,这种细菌适应外界化学环境变化而作出的行为反应称为趋化性。例如大肠杆菌,在有少量食物落在周围环境中时,它们会像鲨鱼闻到鲜血的味道一样扑上去。有些细菌则会根据地球磁场来决定是向南还是向北排列自己,这种趋磁细菌的特殊能力来自于它们装满了磁性晶体的专门细胞器官。

但也许所有微生物辨别方向的壮举中最令人惊异的要数多头绒泡菌,这种变形虫样的生物总是能够找到闯过迷宫的最短路线。

学习和记忆:也可以天天向上

研究人员发现,当阿米巴盘基网柄菌搜索细菌培养皿表面来获取食物时,它的行为不是完全随机的。它右转一次之后,就会向左转两次,反之亦然。显然它能够记住上次转动的方向。人类精子也具有相同的能力。

大肠杆菌则是更聪明的学生。这种细菌的大部分生命都在宿主的消化系统中进行旅行,遭遇着各种各样不同的环境。旅途中,在找到麦芽糖之前,它或许会遇到乳糖。在第一次品尝乳糖后,它会开启自己的生化机制开关来进行消化。与此同时,它也会部分激活针对麦芽糖的机制,以便为即将到来的大餐做准备。以色列特拉维夫大学的研究人员曾用乳糖而非麦芽糖培养大肠杆菌,几个月后他们发现,细菌逐渐改变了自己的行为,不再打开针对麦芽糖的消化系统开关。

虽然以上这些简单生命的聪明行为令人印象深刻,但人类目前对此也仅仅是以管窥豹,仅见九牛之一毛。科学家尚未就这些生命的奇迹行为给出一致的科学解释。它们是“生物计算机”,具有可处理信息的内部机制,这样的解释

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