近日，科學(xué)界公布了一個(gè)讓人驚訝的發(fā)現(xiàn)，來(lái)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(zhǎng)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(gè)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(huì)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(shí)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(gè)細(xì)胞的細(xì)菌。

T. magnifica的這種尺寸在細(xì)菌界絕對(duì)是巨無(wú)霸，它是普通細(xì)菌的5000倍，用生物學(xué)家的話來(lái)說(shuō)，普通細(xì)菌在它面前就像一個(gè)人站在珠穆朗瑪峰面前一樣;用網(wǎng)友的話來(lái)說(shuō)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(zhǎng)得很大，T. magnifica比先前人們預(yù)測(cè)的最大細(xì)菌至少要大出10倍。

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

簡(jiǎn)單的原核細(xì)胞

長(zhǎng)期以來(lái)，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(duì)簡(jiǎn)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(gè)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(zhēng)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(huì)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(duì)簡(jiǎn)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(shí)由于它非常簡(jiǎn)單，所以它們的基因組也非常有限，有時(shí)候甚至只有一個(gè)DNA環(huán) 。平均而言，細(xì)菌基因組也大約只有400萬(wàn)個(gè)堿基和大約3900個(gè)基因。

這種簡(jiǎn)單的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和少量的基因組，讓原核細(xì)胞無(wú)法進(jìn)行復(fù)雜的細(xì)胞分化，所以原核細(xì)胞根本無(wú)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(huì)采用一種被稱為生物膜的生存模式，它們會(huì)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(lái)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(jiǎn)單變得更簡(jiǎn)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(jiǎn)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(dòng)的，這導(dǎo)致它們生命過(guò)程的空間會(huì)受到限制。

如果原核細(xì)胞很大的話，就會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞生命活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的廢物需要更長(zhǎng)的時(shí)間排出細(xì)胞外，這些廢棄物中很多都是對(duì)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(jiǎn)單的過(guò)程就可以推斷出，細(xì)菌的細(xì)胞理應(yīng)該不會(huì)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?cè)跔I(yíng)養(yǎng)攝入的時(shí)候，如果細(xì)胞太大的話，其實(shí)對(duì)它們也是非常不利的，因?yàn)槟菢訝I(yíng)養(yǎng)需要在細(xì)胞中流動(dòng)更長(zhǎng)的時(shí)間。

換句話說(shuō)，如果細(xì)菌的細(xì)胞很大，它的進(jìn)食效率就會(huì)很低，這樣會(huì)損耗掉很多能量，對(duì)于生物來(lái)說(shuō)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(yíng)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(lái)說(shuō)，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(zhǎng)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(zhǎng)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(shí)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(shí)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(gè)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(dòng)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(gè)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(gè)囊擠到了細(xì)胞邊緣。

不過(guò)，相對(duì)于硫珠菌屬的其它細(xì)菌，T. magnifica還擁有一個(gè)囊——一個(gè)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(shí)候重新思考我們對(duì)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(huì)后，T. magnific自然也就擁有了更多的基因組，經(jīng)過(guò)測(cè)序后，研究人員發(fā)現(xiàn)T. magnific擁有 1100 萬(wàn)個(gè)堿基，其中包含大約 11000 個(gè)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(shì)，因?yàn)檫@增加了它們的表面積，可以更好、更多地吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)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(zhǎng)這么大的進(jìn)化目的還有待進(jìn)一步研究，但無(wú)論如何，這是“細(xì)菌界”的奇跡(qipa)。