一種具有多種習(xí)慣的社會(huì)細(xì)菌

許多生命系統(tǒng)具有基本的合作能力。植物和動(dòng)物由數(shù)十億個(gè)細(xì)胞組成，這些細(xì)胞彼此交流，執(zhí)行特定任務(wù)并分享其資源。許多單細(xì)胞微生物以類(lèi)似的多種方式合作：它們形成群落并在彼此之間交換有用的基因和資源。

微生物Myxococcus xanthus特別合作。它被發(fā)現(xiàn)于世界各地的土壤中，被科學(xué)家用作研究微生物發(fā)育和合作的模式生物。這種捕食性細(xì)菌的細(xì)胞形成合作群體，它們聚集在一起并捕殺土壤中的其他微生物。為了作為一個(gè)整體移動(dòng)，它們分泌潤(rùn)滑物質(zhì)并拋出附著在周?chē)砻婧推渌?xì)胞上的附屬物，當(dāng)它們收回這些附屬物時(shí)將它們向前移動(dòng)。當(dāng)食物變得稀缺時(shí)，成千上萬(wàn)的這些細(xì)菌聚集成子實(shí)體并形成靜止的孢子，使它們能夠抵抗饑餓和干旱。

密切相關(guān)，但又非常不同

研究人員以前有理論上的理由認(rèn)為自然界中的微生物合作群體通常可能是社會(huì)同質(zhì)的，因?yàn)檫@可以防止細(xì)胞之間的沖突破壞合作。已經(jīng)證明來(lái)自不同群體的遺傳上不同的個(gè)體經(jīng)常避免，阻礙甚至相互對(duì)抗。蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院綜合生物學(xué)研究所Gregory Velicer教授研究小組講師SébastienWielgoss說(shuō)：“我們對(duì)自然界中這些社會(huì)細(xì)菌的合作群體中遺傳組成的了解非常有限?！?/span>

與他們的同事一起，Wielgoss和Velicer更仔細(xì)地研究了土壤中相同的M. xanthus子實(shí)體組成員之間的遺傳關(guān)系。他們使用世界上**的M. xanthus菌株之一，由Velicer在他的實(shí)驗(yàn)室冰柜中保存。

在最近發(fā)表在“科學(xué)”雜志上的一項(xiàng)研究中，研究人員利用遺傳分析表明，雖然土壤細(xì)菌M. xanthus的合作群體確實(shí)由密切相關(guān)的細(xì)胞組成，但在個(gè)體子實(shí)體群體中發(fā)現(xiàn)的遺傳類(lèi)型和社會(huì)行為的種類(lèi)數(shù)量出乎意料地高了。研究人員推斷，這些多樣化細(xì)胞系的集合可以保持?jǐn)?shù)百代的完整。

選擇社會(huì)基因

在他們的研究中，研究人員調(diào)查了最近從一個(gè)共同祖先下降的細(xì)胞群。突變?cè)谶@些群體中形成了各種與社會(huì)不同但密切相關(guān)的細(xì)胞系，其不同的特征是它們的群集速度或它們?cè)谧訉?shí)體內(nèi)產(chǎn)生的孢子數(shù)量不同。

某些形式的多樣性對(duì)集團(tuán)生產(chǎn)力構(gòu)成威脅。例如，個(gè)體細(xì)菌可能表現(xiàn)出“作弊”行為：它們?cè)诶闷渌蓡T和降低群體功能的同時(shí)對(duì)該群體貢獻(xiàn)很小?！叭欢?，與這些相同群體的行為研究并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這種社會(huì)破壞性的作弊，”Wielgoss說(shuō)。相反，雖然大多數(shù)群體在遺傳和社會(huì)方面具有高度多樣性，但觀(guān)察到的多樣性似乎并未破壞群體一級(jí)的合作職能。

研究人員將這種高度多樣化的行為模式歸因于進(jìn)化選擇，這種選擇側(cè)重于控制細(xì)菌社會(huì)習(xí)慣的少數(shù)“社會(huì)”基因。自然選擇所偏好的這些“選擇熱點(diǎn)”中的突變導(dǎo)致各種行為變化，產(chǎn)生具有不同水平的孢子產(chǎn)生和蜂群速度的多樣化細(xì)胞社會(huì)。研究人員推測(cè)，同一組中不同的系可能在合作狩獵能力方面也有所不同，盡管在本研究中未對(duì)此進(jìn)行測(cè)試。

Wielgoss解釋說(shuō)，自然選擇可能有利于多種細(xì)胞系的某些組合而不是其他組合甚至是同質(zhì)組：“具有大量行為特征的細(xì)胞群可能更有效地響應(yīng)環(huán)境變化。它們通常比同質(zhì)細(xì)胞群更具進(jìn)化成功一切都表現(xiàn)得一樣?！拔幕鄻有浴彼坪踉诩?xì)菌社會(huì)群體中相當(dāng)頻繁?！?/span>

了解細(xì)胞合作

微生物是無(wú)所不在的。它們?cè)谖覀兊娜粘Ｉ钪邪l(fā)揮著重要作用：作為腸道菌群的幫助者，病原體或食品生產(chǎn)中的代理人。許多人也在自然界中組合成細(xì)胞群。研究人員認(rèn)為，對(duì)合作土壤細(xì)菌的遺傳和行為特性的這些新見(jiàn)解可能有助于我們了解其他類(lèi)型細(xì)菌的合作，包括感染免疫受損患者并導(dǎo)致嚴(yán)重長(zhǎng)期感染的重要病原體銅綠假單胞菌。