在航行迷宮時細菌表現(xiàn)出強烈的個性
雖然它們被認為是所有生命形式中最簡單的，但即使是微生物也會感知它們的環(huán)境并且能夠在其中積極地移動。這使他們能夠識別食物和有害物質(zhì)，并在物質(zhì)在其環(huán)境中的濃度梯度的指導(dǎo)下朝向或遠離它們。因此，許多微生物的旅程可以被視為基于化學(xué)梯度的一系列決定。
細胞靶向或避免特定物質(zhì)的能力稱為趨化性。到目前為止，科學(xué)家們普遍認為細菌的趨化性質(zhì)是物種或種群的共同特征 - 好像所有細胞的行為大致相同。在這種情況下，平均值足以描述它們的運動行為?，F(xiàn)在，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員在行為實驗中觀察了細菌的趨化性。最近在Nature Communications上發(fā)表的一項研究的主要作者Mehdi Salek和Francesco Carrara報道說：“如果你用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)觀察，即使在一群基因相同的細胞中也會發(fā)現(xiàn)令人驚訝的行為差異。”
T迷宮中的微生物
他們與環(huán)境工程研究所羅曼斯托克教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組的同事們一起開發(fā)了一種特殊的微流體系統(tǒng)，可以觀察極小規(guī)模液體中數(shù)千種細菌的運動。該系統(tǒng)包括一系列狹窄的通道，這些通道分支到薄玻璃板上以形成一種微觀迷宮，細菌通過該迷宮游動。
這種迷宮通常用于其他生物的行為偏好的實驗研究，例如昆蟲或蠕蟲(以及植物根)。憑借其微流體系統(tǒng)，ETH研究人員首次能夠在微觀尺度上應(yīng)用這種傳統(tǒng)的生態(tài)學(xué)工具。它們的迷宮類似于一個家譜，其起始通道一次又一次地向底部分支，化學(xué)引誘劑的濃度最高。
決定在路上岔路口
細菌全部在相同的地方開始 - 并且在通道系統(tǒng)內(nèi)明顯分開，因為他們被迫在每個叉子處決定是否向上或向下游泳引誘劑的梯度。細菌具有對專門受體的趨化能力，使它們能夠識別引誘劑。此外，他們有大約六打鞭毛，可以順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)。“基于此，細菌改變方向或繼續(xù)向一個方向游泳，”Salek和Carrara解釋道。
即使在一組遺傳上相同的細胞 - 即克隆體 - 中，ETH研究人員發(fā)現(xiàn)能夠很好??地跟蹤引誘劑的個體(每當(dāng)它們進入岔路口時導(dǎo)向更高的濃度)，以及那些能力較差的細胞。談判迷宮。科學(xué)家將這些行為差異歸因于姐妹細胞中相同基因的遺傳活性的變異。這意味著細胞具有不同量的相應(yīng)蛋白質(zhì)。“每個細胞都有生化噪音。作為一個基本的隨機成分，這會導(dǎo)致外觀和行為的多樣性，”研究人員說。
成功的個人主義者
趨化性的多樣性或異質(zhì)性可以為細菌提供進化優(yōu)勢，因為盡管趨化性的技術(shù)人員可以快速定位和利用當(dāng)?shù)胤€(wěn)定的食物來源，但他們的姐妹細胞更少受到引誘劑的影響，更有可能冒險進入新的領(lǐng)域。他們可能會在不斷變化的環(huán)境中遇到額外的食物來源。
“非遺傳多樣性在生物醫(yī)學(xué)生命科學(xué)中早已為人所知;例如，它被認為在抗生素抗性中發(fā)揮作用?，F(xiàn)在，環(huán)境科學(xué)家已經(jīng)證明這種多樣性也影響細菌的基本行為，如運動和趨化性。 - 進一步擴展細菌個性的概念，“Stocker說。他認為細菌的不同個體行為也可能與更好地了解珊瑚的病原性感染或石油泄漏的生物修復(fù)等過程有關(guān)。
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