對多細胞生命進化感興趣的研究人員正在尋找刺激Salpingoeca rosetta的細菌，這是最接近動物的活細胞的單細胞海水居民，形成玫瑰花狀的菌落，為它們命名。但是一種細菌具有相當(dāng)不同的刺激作用：它促使S. rosetta發(fā)生性行為。

“最后一個人都期待的是一種壯陽藥，”哈佛醫(yī)學(xué)院的Hsien Wu和Daisy Yen Wu生物化學(xué)與分子藥理學(xué)教授Jon Clardy說。

這一發(fā)現(xiàn)，在網(wǎng)上公布細胞8月31日，是著名的不僅僅是搔癢更多。這是第一個已知的細菌誘導(dǎo)真核生物 - 具有膜封閉的細胞核和其他細胞器的交配 - 可能提供有關(guān)細菌如何影響真核生物(包括植物和動物)的發(fā)育和行為的更廣泛問題的見解。

“世界越來越認識到與細菌共生的重要性，例如微生物組，但我從來沒有聽說過任何像以前引起性融合的細菌，”克拉迪實驗室研究員JP Gerdt說。 - 該研究的第一作者，加州大學(xué)伯克利分校的Arielle Woznica。“我認為通過展示一種新型的細菌誘導(dǎo)行為，我們可以激勵其他人研究他們研究的系統(tǒng)，看看他們是否可能錯過了細菌在那里發(fā)揮作用。”

該研究還揭示了原始的S. rosetta可以制造一種稱為軟骨素的分子，科學(xué)家們認為這種分子直到后來在進化樹中的許多分支才出現(xiàn)。

“這是新的和充實的，”Gerdt說。“看到我們的合作者，他們是進化生物學(xué)的專家，非常興奮，這也令人滿意。它展示了這一發(fā)現(xiàn)對于他們的領(lǐng)域是多么具有變革性。”

加州大學(xué)伯克利分校的Nicole King一直在研究S. rosetta，以幫助闡明人類和其他多細胞生物如何從單細胞生物進化而來。在此過程中，她揭示了細菌如何以意想不到的方式影響S. rosetta和其他生物。

King和Clardy分享了當(dāng)前研究的高級作者，他們之前共同合作，表明S. rosetta獨特的花簇可以由細菌蛋白引發(fā)。

當(dāng)King的小組在他們的S. rosetta菜肴中添加了一種名為Vibrio fischerii的生物發(fā)光海洋細菌時，沒有形成玫瑰花結(jié)。反而發(fā)生的事情是“引人注目”，克拉迪說道：小的S. rosetta鞭毛蟲將自己推進成每個最多50個細胞的狂歡樣群并開始交配。

顯然，V。fischerii正在分泌S. rosetta發(fā)現(xiàn)令人興奮的東西。但是什么?King將樣品送到專門解決生物化學(xué)難題的Clardy實驗室，以找出答案。

一系列測試將候選人縮小為一種以前不為科學(xué)所知的蛋白質(zhì)。研究人員將其稱為EroS，簡稱為“性細胞外調(diào)節(jié)劑”。

進一步的實驗表明，EroS是一種軟骨素酶 - 一種分解軟骨素的酶。果然，當(dāng)研究人員深入研究時，他們發(fā)現(xiàn)S. rosetta產(chǎn)生硫酸軟骨素，這是一種以形成軟骨結(jié)構(gòu)部分而聞名的糖鏈。

“我們不知道choanoflagellates [如S. rosetta]有能力在細胞編碼中產(chǎn)生軟骨素，”Gerdt說。“這肯定不會出現(xiàn)在一個理性的，假設(shè)驅(qū)動的研究中。因為我們偶然發(fā)現(xiàn)它，我們得到了這一全新的發(fā)現(xiàn)，它改變了軟骨素發(fā)育的進化時間表。”

阻止EroS阻止了S. rosetta的蜂擁和交配，而添加由其他海洋細菌制成的軟骨素酶則重燃了狂熱。

現(xiàn)在他們已經(jīng)確認了“什么”，研究人員想知道EroS究竟是如何起作用的，為什么V. fischerii制造了一種刺激S. rosetta交配的分子，以及是否在生物體的自然棲息地中發(fā)生了同樣的現(xiàn)象。他們也開始研究細菌與S. rosetta及其親屬相互作用的其他方式。

對于Gerdt來說，這項工作最引人注目的是它有可能闡明細菌共生的進化歷史，并深入了解我們這樣的生物如何受到細菌的影響。

“動物和S. rosetta有一個共同的祖先，基本上是動物的前身，”Gerdt說。“如果我們能夠更好地了解S.rosetta如何與細菌相互作用 - 我們剛剛處于這個階段的初始階段 - 那么我們就可以開始比較動物如何與細菌相互作用。這就像是一個很早的快照細菌 - 真核生物或細菌 - 動物的相互作用開始了，所以我們可以嘗試更全面地了解這些共生體是如何起作用的。“

克拉迪說，這一發(fā)現(xiàn)在另一個層面上很有意思，因為人類的精子細胞使用一種與EroS“有遠親關(guān)系”的酶與雞蛋融合。

“所以，隨著時間的推移，球員們都發(fā)生了巨大的變化，但你可以看到同樣的潛在戰(zhàn)略在起作用，”他說。