你看那个乌贼它又亮又光,全靠那群细菌在又聚又聊
物种日历10-12

 

做为动物,最害怕的事情就是被吃掉,因此躲避天敌是它们永远的共同话题。有些动物能够急速逃命,有些动物会变色,有些动物则会装死。但你可能不知道,还有些动物可以通过发光来隐藏自己。

夏威夷乌贼的 " 发光隐形衣 "

夏威夷乌贼生活在夏威夷海岸,白天睡觉,晚上觅食。它们痛恨每一个月光皎洁的夜晚——可恶的月亮和星星将岸边的浅水区照得透透的,给每个游动在浅水中的动物都罩上了一团醒目的黑影,告诉捕食者:食物在这儿。

如何解决这个问题呢?夏威夷乌贼对哈氏弧菌(Vibrio harveyi)说:" 我们同居吧。"

夏威夷乌贼发着淡淡的光。图片:Margaret McFall-Ngai / wikipedia

乌贼在每次换气的时候吞入哈氏弧菌,当夜幕降临,哈氏弧菌就会在乌贼的腹侧发光。乌贼可以依靠内部的组织,把哈氏弧菌发出的光调节到和月光星光差不多的光度。这样一来,这个聪明的家伙就像是披了一件发光的隐形衣,捕食者就完全看不见它的影子啦!

然而到了白天,乌贼并不需要哈氏弧菌发光。那么,哈氏弧菌是如何理解了乌贼的需求,做到白天不发光,晚上的时候再一起合作卖力发光的呢?原因在于这些细菌会 " 说话 "

聚在一起会发光

细菌 " 说话 ",或是听别的细菌 " 说话 ",靠的都是化学信号。细菌们会分泌一些小小的化学信号分子,这些信号分子扩散到周围的环境中,其他细菌可以通过受体来感知到信号的浓度。这些受体就相当于是细菌的耳朵

当细菌的密度越来越高,周围信号分子的浓度也越来越高,一旦这个浓度到达到某一个值,便会启动细菌细胞内部的一系列基因表达调控、蛋白质合成等过程,诱发它们的 " 群体效应 "——让大群的细菌同时做同一件事情。依靠这套机制,小小的细菌们就能合力完成一件大事(比如哈氏弧菌发光)。

左图中箭头的方向标识的是夏威夷乌贼每次吞吐哈氏弧菌的线路。右图是是夏威夷乌贼的腹侧图片,可以看见左右对称的两侧发光器官。图片:Visick et al. / Journal of Bacteriology(2000);Bonnie Bassler / TED.com

夜晚,在夏威夷乌贼的发光器官中,1mL 的地方可以聚集 1011 只卖力的哈氏弧菌,能够分泌出足够的化学信号让它们一同发光。所以可以看出,这种群体效应最鲜明的特征是——数量依赖型

白天,大量的细菌被乌贼排出体外,细菌浓度和信号分子的浓度都很低。此时它们感应不到彼此的存在,也就没法一起商量着发光。不过这个时候乌贼正在沙子里睡大觉,也用不上它们。不需要工作的时候,细菌可以不断地繁衍,等到了晚上,乌贼的发光器官中就充满了哈氏弧菌大家族啦。

就像大家都在一个热闹的广场上,每只细菌都在说:" 我在这,我在这…… ",每只细菌在分泌信号分子怒刷存在感的同时,也在仔细地倾听者别人。就这样不知过了多久,大家都觉得,人数够啦。"biu~" 的一下乌贼的发光器官就亮了。它将自己隐藏在月光之中,大胆地在海水中游动,肆意地吞食猎物。

细菌也有通用语

人类有不同的语言,细菌也一样。不同的细菌会有不同的语言(信号分子)。这些信号分子在空间结构上不同,一种语言(信号分子)只能被一种耳朵(受体)" 听见 "。

人类有自己的家人,也有邻里街坊,有竞争合作,也有你死我活,细菌也一样。自然状态下,细菌群落中汇集着多种细菌,它们需要交流,计算出自己同类和异类的数量,知道谁占多数谁占少数,以此摆清楚自己的位置。这成百上千种细菌住在一起,如果它们只能内部交流而不会互相沟通,又怎么和这些邻居们和谐相处呢?

幸好,细菌界也有自己的" 国际通用语言 "。大多数细菌都能分泌一类相同的化学分子,也有接受这种通用信号的 " 第二只耳朵 " 。科学家猜测,正是因为有这两种语言和两只耳朵的存在,细菌们才知道周围的世界里有多少是自己人,有多少是邻居们。

当环境适宜、食物充足的时候,黄色黏球菌为杆状(黄色),互相抢食的现象时有发生。面临压力时,大家变得更加团结,细胞会聚集在一起形成细胞团块,此时,一些圆形的抗压能力更强的孢子(绿色)产生,帮助群体熬过艰难的时光。图片:sciencedaily.com

精诚合作,共同致病

其实吧,细菌会说话交流,利用" 众人拾柴火焰高 "的策略也不难理解,尤其是那些致病菌。毕竟,它们想入侵的是比自己强大不知多少倍的人类。人类免疫系统也不是吃素的,如果细菌们不拧成一股绳,怎么可能击溃对手呢?

铜绿假单胞菌(pseudomonas aeruginosa)就是这样一种精诚合作、众志成城的致病菌。在这种菌小小的基因组中,存在着功能强大的 " 语言 " 系统,可以让铜绿假单胞菌互相交流,来决定是一起侵染组织造成损伤,还是侵染血液系统好让子孙后代得以更广泛地传播。你想用抗生素对付它?这些家伙还能商量着形成细胞叠着细胞的生物膜(biofilm)结构,让它们对抗生素的敏感性大大降低。

细菌形成的生物膜结构。图片:D. Monroe / wikipedia

所以你看,微观世界根本不是一部默片。若你能置身其中,就会发现小小微生物的世界和我们的世界一样嘈杂精彩。细菌们的语言和我们一样丰富,细菌们的社交活动与群体行为也一样充满智慧。(编辑:明天,lava)

本文授权转自我是科学家 iScientist。

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评论
哎呦不错哦oO
10-12
skr skr 小编真调皮
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10-13
发现科学频道的小便,中文都尼玛隔壁老王教的。老王是拾荒的
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skr,skr
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