細(xì)菌必須進(jìn)行進(jìn)化大小與功能權(quán)衡
最小的有機(jī)體可能有多小?生物體的大小是否有限制?生物學(xué)這些基本問題涉及進(jìn)化,生態(tài)學(xué)和天體生物學(xué)領(lǐng)域,對于理解生命在地球上如何產(chǎn)生至關(guān)重要。在國際微生物生態(tài)學(xué)會期刊上發(fā)表的一篇新論文中,SFI Omidyar研究員Chris Kempes和共同作者在微觀層面上探討了這些問題。
研究人員分析了組成細(xì)菌細(xì)胞的成分,從最小到最大 - 一個跨越5個數(shù)量級的范圍 - 以及這些不同細(xì)菌物種的相應(yīng)生理功能和代謝。他們發(fā)現(xiàn),在尺寸范圍的任何一端,空間限制是阻止物種凝結(jié)或進(jìn)一步生長的限制因素。
最小的細(xì)菌以DNA和蛋白質(zhì)為主。這些結(jié)構(gòu)的大小意味著考慮到這些組分的要求,最小的細(xì)菌處于可能的細(xì)胞大小的下限。另一方面,最大的細(xì)菌也受到空間限制的制約; 他們需要維持其代謝的任何更大和更多的核糖體將超過可用的細(xì)胞體積。在這兩個極端之間,細(xì)胞成分密切關(guān)注生物縮放定律預(yù)測的趨勢。
“重要的是要了解限制因廣泛的生物類別而有何不同,因為這會為競爭動態(tài)提供信息并激發(fā)進(jìn)化軌跡和轉(zhuǎn)變,”作者寫道。“我們表明,能量,物理,信息(基因組),化學(xué)和時間過程之間的相互聯(lián)系導(dǎo)致了細(xì)菌大小上下邊界的預(yù)測,并定義了這兩個邊界之間細(xì)菌的進(jìn)化靈活性。”
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