日復(fù)一日，與你最大的敵人在最小的空間。聽(tīng)起來(lái)難以忍受?在微生物世界中，這已經(jīng)成為數(shù)十億年的日常生活。正如馬克斯普朗克海洋微生物研究所和卡爾加里大學(xué)的研究人員所做的一項(xiàng)研究所揭示的那樣，這種可疑的接近可能導(dǎo)致不尋常的合作關(guān)系。

如果你想知道我們的史前祖先是什么樣的，你可以通過(guò)顯微鏡一瞥。如果你很幸運(yùn)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它們：微小的，單細(xì)胞的真核生物 - 也稱(chēng)為原生生物。原生生物是動(dòng)物，植物和真菌的直系親屬。然而，這些單細(xì)胞生物在進(jìn)化過(guò)程中幾乎沒(méi)有改變它們的外觀。他們中的許多人仍然完全像他們的祖先多年來(lái)一直在做的事情：他們捕殺和吃其他微生物。一群這樣的掠奪性原生生物就是所謂的Breviatea。這個(gè)群體大約在十億年前出現(xiàn) - 當(dāng)時(shí)在深海中缺氧。

作為對(duì)氧消耗的適應(yīng)，Breviates使用相當(dāng)簡(jiǎn)單的新陳代謝：發(fā)酵。該過(guò)程產(chǎn)生的能量顯著低于例如細(xì)菌硝酸鹽呼吸。面對(duì)這種情況，Breviates與細(xì)菌合作以提高新陳代謝效率不是很方便嗎?聽(tīng)起來(lái)合乎邏輯。但有一個(gè)問(wèn)題：細(xì)菌是Breviates最喜歡的獵物。由Emmo Hamann，Harald Gruber-Vodicka和Marc Strous領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究小組仍然想知道這種伙伴關(guān)系是否可行 - 并提供令人興奮的見(jiàn)解。

Breviates和Arcobacter-非常好的朋友

最初，哈曼和他的同事們前往德國(guó)瓦登海的一個(gè)潮汐平臺(tái)收集沉積物樣本。通過(guò)一點(diǎn)耐心和適當(dāng)?shù)臓I(yíng)養(yǎng)混合物，他們?cè)O(shè)法刺激了捕食性的Breviates和硝酸鹽呼吸細(xì)菌的生長(zhǎng)。“Breviate是一個(gè)迄今為止未知的物種，”哈曼回憶道。“我們把它命名為L(zhǎng)enisia limosa。” 該細(xì)菌屬于弓形桿菌屬。弓形桿菌名聲不好。一些代表在人類(lèi)和動(dòng)物的胃腸道中定殖，這可能導(dǎo)致疼痛感染。事實(shí)上，Breviates沒(méi)有腸道，但細(xì)菌就在它們的表面上。

“這一發(fā)現(xiàn)確實(shí)引起了我們的好奇心。為什么一個(gè)細(xì)菌，其親屬通常與動(dòng)物一起生活，殖民一個(gè)掠奪性的布雷維特?” 來(lái)自不來(lái)梅馬克斯普朗克研究所的Harald Gruber-Vodicka說(shuō)。為了回答這個(gè)問(wèn)題，研究人員仔細(xì)研究了這兩種生物的代謝。令他們驚訝的是，他們發(fā)現(xiàn)弓形桿菌根本沒(méi)有害處。弓形桿菌甚至有助于促進(jìn)Breviates的增長(zhǎng)。Gruber-Vodicka說(shuō)：“Breviates在Arcobacter存在的情況下增長(zhǎng)了兩倍”。

“通過(guò)生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)和蛋白質(zhì)分析，我們能夠確切地看到當(dāng)細(xì)菌遇到Breviates時(shí)會(huì)發(fā)生什么”，Hamann解釋說(shuō)。“在它們的新陳代謝過(guò)程中，Breviates產(chǎn)生氫氣。然后這些氫氣被細(xì)菌去除。當(dāng)兩種生物相互碰撞時(shí)，它們會(huì)對(duì)它們的代謝產(chǎn)生熱線(xiàn)。” 這有利于Breviates的發(fā)酵代謝，并幫助他們獲得更多的能量。“我們發(fā)現(xiàn)了這種能量增加所需的幾種酶。這些酶只在Arcobacter存在時(shí)產(chǎn)生。” 這兩種生物都能獨(dú)自生活。因此，共生不是強(qiáng)制性的。然而，細(xì)菌仍然具有很大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈兪褂冕尫诺臍鋪?lái)呼吸硝酸鹽。因此，我們正在處理一個(gè)雙贏的局面。

合作伙伴如何聚在一起?

研究人員發(fā)現(xiàn)與作為動(dòng)物寄生蟲(chóng)的細(xì)菌有驚人的相似之處。“為了使它們的宿主定殖，許多細(xì)菌使用特定的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)被稱(chēng)為毒力因子，”Gruber-Vodicka說(shuō)。這些蛋白質(zhì)有助于細(xì)菌附著在宿主表面。“而正是這些蛋白質(zhì)也分別在Breviates和弓形之間的共生活躍?？磥?lái)，毒力因子不僅對(duì)疾病很重要，但也讓掠奪性原生動(dòng)物和細(xì)菌之間的利益關(guān)系。如果證明屬實(shí)，這將改變我們的樣子在毒力因素。“

“可能細(xì)菌已經(jīng)發(fā)展出它們與原生生物一起在進(jìn)化的早期形成共生的能力，”現(xiàn)任卡爾加里大學(xué)研究主席的Marc Strous說(shuō)。“通過(guò)這些合作伙伴，他們學(xué)會(huì)了如何識(shí)別宿主的組織并在其上生長(zhǎng)。后來(lái)，他們開(kāi)始殖民動(dòng)物。” 但是，需要進(jìn)一步的研究來(lái)證明這一假設(shè)。“我們將尋找其他類(lèi)似的共生體來(lái)進(jìn)一步研究這個(gè)問(wèn)題”，哈曼說(shuō)。馬克斯普朗克研究所和卡爾加里大學(xué)研究人員的激動(dòng)人心的時(shí)刻。“誰(shuí)知道呢?也許很快就會(huì)將原型機(jī)用作微型時(shí)間機(jī)器，以便了解當(dāng)今多種共生的起源。”