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加勒比海红树林中发现达到2厘米大小的细菌Thiomargarita magnifica

摘要: 目前,科学家最新研究发现,来自红树林的巨型微生物可能是单细胞生物和构成人体细胞之间缺失的重要环节。依据相关定义,微生物应该很小,只能用显微镜才能看到,但近期科学家在加勒比海红树林中发现的 ...
加勒比海红树林中发现达到2厘米大小的细菌Thiomargarita magnifica
加勒比海红树林中发现达到2厘米大小的细菌Thiomargarita magnifica






目前,科学家最新研究发现,来自红树林的巨型微生物可能是单细胞生物和构成人体细胞之间缺失的重要环节。依据相关定义,微生物应该很小,只能用显微镜才能看到,但近期科学家在加勒比海红树林中发现的一种细菌颠覆了人们之前对微生物的认知,该微生物的线状单细胞肉眼可见,可以达到2厘米,相当于一粒花生,比其他微生物大5000倍。

更为重要的是,这个巨型细菌拥有庞大的基因组,不像其他细菌那些在细胞内自由漂浮,它是包裹在一层膜状组织中,这是一种更复杂的细胞结构特征,就像人体中的细胞。

近期,这种巨型细菌的相关信息一经公布,立即让一些研究人员感到震惊,开始分析评估它的特性,这是一种此前从未发现过的巨型微生物,比之前人类认知的细菌体积大小上限提高了10倍。

该发现是不可思议的,令人大开眼界,这种超大体型细菌甚至比果蝇和线虫更大,后者是实验室里常见的研究目标,在实验室研究中为了进行细菌感染试验,他们会让较小的细菌感染果蝇和线虫,观察感染后的变化。



这种巨型细菌除了颠覆关于微生物体积和复杂结构之外,还可能是复杂细胞进化过程中缺失的重要环节。长期以来,研究人员一直将生命形式分为两类:原核生物,包括细菌和被称为古生菌的单细胞微生物;真核生物,包括从酵母至大多数多细胞生命形式(包括人类)的一切生物。原核生物的DNA处于自由漂浮状态,而真核生物的DNA则包裹在细胞核中,真核生物还将各种细胞功能划分为被称为细胞器的囊泡,并能将分子从一个囊泡移至另一个囊泡,而原核生物却无法实现。



然而,最新发现的巨型细菌模糊了原核生物和真核生物之间的界限,大约10年前,法属安的列斯群岛大学海洋生物学家奥利佛·格罗斯(Olivier Gros)在当地一片沼泽中偶然发现一种奇特生物,它在腐烂红树林叶子表面以细丝结构生长。直到5年后,他和同事才意识到这些生物体实际上是一种特殊细菌,近期研究人员对该细菌进行深入分析,试图全面了解其生物特征时,才意识到该研究结果刷新了之前人们对细菌概念的认知。

一些微生物,例如:黏菌和蓝绿藻,形成了清晰可见的茎杆或者由成堆细胞构成的细丝,但研究小组使用各种显微镜和染色方法验证了红树林细丝实际是每一个细胞结构,此外,该细胞包括两个膜囊,其中一个包含所有细胞的DNA,这种膜囊是细胞器,是当前一项重大科学新进展,意味着生命的两个分支并不像之前认为的那样差异很大,也许是时候重新考虑我们对真核生物和原核生物的定义了。



另一个膜囊中充满水,可能是导致该细菌长得异常大的原因之一,之前微生物学家认为细菌必须非常小,部分原因是它们需要进食和呼吸,并通过分子在细胞内部扩散进行排毒,而这些分子的移动距离非常有限。1999年,研究人员在纳米比亚海岸发现了一种巨大食硫微生物,大约有罂粟种子一般大小。该微生物体形较大,是因为它的细胞物质被一个巨大的充满水和硝酸盐的囊状结构挤压在外细胞壁上,这种微生物基本分子仍然可以扩散,因为只有处于边缘的细胞是活体,之后科学家还发现了其他大型食硫微生物,但是它们的长丝结构是由多个细胞构成。



就像在纳米比亚发现的微生物一样,最新发现的红树林细菌也有一个巨大囊状结构——大概是水,占总体积的73%,这种相似性和基因分析使得研究小组将它与其他大多数巨型微生物归为同一种属,并建议将其命名为Thiomargarita magnifica。

现在发现的最大Thiomargarita magnifica微生物体长达到2厘米,如果该微生物不被踩踏、吞食,被风吹走,或者海浪卷走,它的体型会变得更大。

分析结果显示,这种微生物充满DNA的膜囊也被挤压在边缘,当研究人员对其中的DNA进行测序时,发现它的基因组非常庞大,拥有1100万个碱基,其中包含大约11000个明显不同的基因,通常情况下,细菌基因组平均大约有400万个碱基和3900个基因。

通过使用荧光物质标记DNA,该微生物的基因组如此庞大是因为相同一段DNA拥有50万以上的副本,被称为核糖体的蛋白质制造工厂也存在于充满DNA的囊内,这可能使基因代码编码成蛋白质的效率更高。细菌经常被认为是体型较小、结构简单,未充分进化的生命形式,也被称为“蛋白质囊”,但通过研究这种最大的微生物结构,我们将对微生物产生了新的认知。

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2022-6-30 17:21
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