近日，科學(xué)界公布了一個讓人驚訝的發(fā)現(xiàn)，來自加利福尼亞州門洛帕克復(fù)雜系統(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)室的海洋生物學(xué)家們公布了一種長達(dá)2cm的細(xì)菌，并命將其名為T. magnifica。

T. magnifica呈現(xiàn)絲狀，肉眼可見，但它只有一個細(xì)胞組成，發(fā)現(xiàn)它的研究人員最初都不敢相信這是事實(shí)，因?yàn)樵S多微生物(如黏菌和藍(lán)藻)會形成肉眼可見的細(xì)絲，而那些細(xì)絲都是由許多細(xì)胞堆疊組成的。

然而，研究人員用了5年時間，使用各種顯微鏡和染色方法，最終證實(shí)T. magnifica確實(shí)是只有一個細(xì)胞的細(xì)菌。

T. magnifica的這種尺寸在細(xì)菌界絕對是巨無霸，它是普通細(xì)菌的5000倍，用生物學(xué)家的話來說，普通細(xì)菌在它面前就像一個人站在珠穆朗瑪峰面前一樣;用網(wǎng)友的話來說就是這哪里是“細(xì)菌”，它分明就是“粗菌”。

事實(shí)上，大部分細(xì)菌都很小，大部分微生物研究人員甚至認(rèn)為細(xì)菌不應(yīng)該長得很大，T. magnifica比先前人們預(yù)測的最大細(xì)菌至少要大出10倍。

那么問題就來了，為什么T. magnifica能長這么大，而其它大部分細(xì)菌都只能是很小呢?

簡單的原核細(xì)胞

長期以來，生物被歸為兩大類，一類被稱為真核生物，從真菌到大多數(shù)形式的多細(xì)胞生物都屬于這一類，當(dāng)然也包括我們?nèi)祟愒趦?nèi)。

另一類則是相對簡單的原核生物，包括所有的細(xì)菌，以及古細(xì)菌等單細(xì)胞生物都被歸入這一大類。

這里有一個例外，那就是病毒，病毒不屬于這兩類的任何一類，所以病毒到底算不算生物現(xiàn)在存在許多爭議。

真核生物和原核生物最大的不同就是它們的細(xì)胞是否擁有細(xì)胞核，以及其它的細(xì)胞器，細(xì)胞核和細(xì)胞器會把細(xì)胞的一些重要組成部分牢牢地鎖在里面，比如DNA。

很明顯，相對簡單的原核細(xì)胞是不存在細(xì)胞核這些復(fù)雜結(jié)構(gòu)的，同時由于它非常簡單，所以它們的基因組也非常有限，有時候甚至只有一個DNA環(huán) 。平均而言，細(xì)菌基因組也大約只有400萬個堿基和大約3900個基因。

這種簡單的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和少量的基因組，讓原核細(xì)胞無法進(jìn)行復(fù)雜的細(xì)胞分化，所以原核細(xì)胞根本無法形成多細(xì)胞生物。

這就是為什么包括細(xì)菌在內(nèi)的所有原核生物都是單細(xì)胞生物。

其實(shí)，有一些細(xì)菌會采用一種被稱為生物膜的生存模式，它們會分泌一些多糖作為粘合劑，彼此粘合在一起，就像擁有智慧一樣產(chǎn)生“群體感應(yīng)”現(xiàn)象，以此來增強(qiáng)生存能力。

但它們并沒有像真正的多細(xì)胞生物(真核生物)那樣擁有復(fù)雜的細(xì)胞分化——各種細(xì)胞能夠執(zhí)行不同的功能，所以這種模式也不能稱為多細(xì)胞生物。

讓簡單變得更簡單

我們通常認(rèn)為細(xì)胞應(yīng)該很小，但其實(shí)有些細(xì)胞可以很大，比如一些鳥類的受精卵也是肉眼可見的細(xì)胞，只是作為原核生物的單細(xì)胞，細(xì)菌確實(shí)很難變得更大。

這是因?yàn)檫@些簡單的原核細(xì)胞沒有那些復(fù)雜的細(xì)胞器，連DNA都是在細(xì)胞內(nèi)自由浮動的，這導(dǎo)致它們生命過程的空間會受到限制。

如果原核細(xì)胞很大的話，就會導(dǎo)致細(xì)胞生命活動時產(chǎn)生的廢物需要更長的時間排出細(xì)胞外，這些廢棄物中很多都是對生命有毒的。

由于原核細(xì)胞重要的東西都裸露在外，如果不能快速將廢物排出細(xì)胞外的話，它們可能自己就中毒死了。

根據(jù)這種簡單的過程就可以推斷出，細(xì)菌的細(xì)胞理應(yīng)該不會太大才是。

但實(shí)際上，細(xì)菌都很小還有一些另外的進(jìn)化因素，那就是它們在營養(yǎng)攝入的時候，如果細(xì)胞太大的話，其實(shí)對它們也是非常不利的，因?yàn)槟菢訝I養(yǎng)需要在細(xì)胞中流動更長的時間。

換句話說，如果細(xì)菌的細(xì)胞很大，它的進(jìn)食效率就會很低，這樣會損耗掉很多能量，對于生物來說肯定是不利的。

所以，細(xì)菌的尺寸越小，它們就越節(jié)能和穩(wěn)定，它們也就能夠以較少的能量投入將其營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)入和代謝廢物運(yùn)出細(xì)胞。

當(dāng)然，節(jié)約的能量可以讓它們繁殖更多。自然選擇很容易找到最優(yōu)的生存方案，因此就進(jìn)化上來說，細(xì)菌也不應(yīng)該太大才是。

那么，為什么這次新發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌——T. magnifica能長這么大呢?

2cm的細(xì)菌維持細(xì)胞穩(wěn)定?

其實(shí)，現(xiàn)在沒人知道T. magnifica為什么可以長這么大，但是有一些原因讓它在這么大的情況下也不至于被自己毒死或餓死。

1999年的時候，研究人員在納米比亞海岸附近發(fā)現(xiàn)了火龍果種子大小的巨型噬硫細(xì)菌，當(dāng)時研究人員發(fā)現(xiàn)，這種巨型細(xì)菌的細(xì)胞內(nèi)容被一個巨大的、充滿水和硝酸鹽的囊擠壓到細(xì)胞壁處，它們執(zhí)行生命活動的部分都沿著細(xì)胞邊緣存在的，這是它們很大且能生存下去的原因。

T. magnifica和這種巨型噬硫細(xì)菌的情況是差不多的，它們也擁有巨大的、包含水的囊——大約占了它們總體積的73%。

事實(shí)上，因?yàn)檫@兩種細(xì)菌都擁有這種相似的遺傳特性，它們被歸為同一個屬——硫珠菌屬，而T. magnifica也像它們的近親——巨型噬硫細(xì)菌一樣，它們的細(xì)胞內(nèi)容物也被這個囊擠到了細(xì)胞邊緣。

不過，相對于硫珠菌屬的其它細(xì)菌，T. magnifica還擁有一個囊——一個類似細(xì)胞核功能的結(jié)構(gòu)，把所有的DNA都包裹在其中。

其實(shí)，T. magnific有點(diǎn)像介于原核細(xì)胞和真核細(xì)胞之間的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，所以這項(xiàng)研究的研究人員直言：是時候重新思考我們對真核生物和原核生物的定義了。

擁有了保護(hù)DNA的結(jié)構(gòu)會后，T. magnific自然也就擁有了更多的基因組，經(jīng)過測序后，研究人員發(fā)現(xiàn)T. magnific擁有 1100 萬個堿基，其中包含大約 11000 個清晰可辨的基因，將近普通細(xì)菌的3倍。

基因變多了之后，它自然有資格變得更加復(fù)雜，這也是它們可以變得更大的原因之一。

最后

其實(shí)，單細(xì)胞生物的細(xì)胞變得更大之后，也是有很明顯的生存優(yōu)勢，因?yàn)檫@增加了它們的表面積，可以更好、更多地吸收營養(yǎng)物質(zhì)，同時由于體型變大了也更不容易被別的微生物吃掉。

當(dāng)然，現(xiàn)在T. magnific長這么大的進(jìn)化目的還有待進(jìn)一步研究，但無論如何，這是“細(xì)菌界”的奇跡(qipa)。