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微生物死而复生灭菌如麻超强王者齐聚一堂

2020-01-08

图片来自:Amy Cao graphic,UC Berkeley

这是《肠道工业》第 144 篇文章

说到微生物,有人或许会花容失容,由于他们还过错地以为微生物便是细菌,是疾病的传播者。但事实上,除了部分细菌具有致病性,大多数细菌或许都是“无辜”的, 乃至是有益菌,而且微生物也不仅仅只要细菌。

跟着研讨的不断深入,研讨人员发现微生物虽然细小,但或许并不像咱们幻想中的那么简略。 极点环境下生计?开释、检测化学物质沟通?发光产电?乃至对磁场作出反响?这些小东西都能够!

微生物的国际千奇百怪,充满了不知道与奥秘,今日就让咱们来介绍一些奇特的微生物,带咱们见识一下微生物的凶猛!

苔藓小猪:“猪”丑多作“怪”

缓步动物门是一类康复才能极强的真核生物,该物种的前史或许比太阳还要长,也被称为水熊或苔藓小猪。现在,现已发现 1100 多种细小无脊椎动物归于缓步动物,这类动物被以为是节肢动物的近亲。

缓步动物的体型大多在 1 毫米以下,几乎在各种环境中都能看到它们的身影,包含湿润的苔藓、开花植物、沙子、淡水和海洋等。为了习惯外部环境的改动,缓步动物中许多的属和种都发作了进化。

缓步动物的电子显微照片 Science Faction Images—SuperStock/agefootstock

缓步动物有兴旺的头部和矮小的身躯,由四个交融的片段组成,每个片段有一对矮小粗大健壮且不衔接的四肢,一般结尾有几个尖利的爪子,就像泰迪和毛毛虫的合体。

这些动物无专门的循环或呼吸器官,可是其体腔充满了运送养分和氧气的液体。氧气是经过动物的皮肤涣散并储存在血腔内的细胞中的,而它们的消化道则从身体的一端穿过抵达另一端。

大多数缓步动物以植物为食,它们经过茎刺穿单个植物细胞,然后吸出细胞内容物,还有一些缓步动物是食肉动物。

缓步动物能够直接进行有性繁衍或无性繁衍。卵或经消化道后端排出,或经肛门前开口直接排出体外。

缓步动物最明显的特征是它们能够承受极低的温度和枯燥乃至是极度枯燥的环境。而且在晦气的条件下,他们会进入一种被称为“圆桶”的假死状况,在这种状况下,身领会变干,看起来就像一个没有生命的球。在这种状况下,他们的推陈出新率或许下降到正常水平的 0.01%。

缓步动物以“圆桶”状况能够存活数年,乃至数十年,以等候适合的环境。

此外,在真空中保存了 8 天的标本,再在室温下转移到氦气中 3 天,然后在温度为 -272°C的环境中露出数小时,终究当把它们放回正常的室温时,这些小东西仍然能够康复生命。

如果把标本在温度为 -190°C的液态空气中保存 21 个月,那么大约 60%能够复生。不过,缓步类动物在这种状况下易被风和水涣散。

你是否开端猎奇这种动物是怎么做到“不死不灭”的?科学家研讨发现或许是由于缓步动物的基因组 17.5%都是外来 DNA,包含植物、真菌、细菌和病毒,这在某种程度上预示着它的一部分基因彻底来自于其它物种。

进一步研讨发现,缓步动物大约具有 6000 个外来基因,其间主要是来自细菌,而咱们知道有许多细菌都或许忍受极点高压和温度,这或许能够解说这类动物的超强习惯力。

那么研讨缓步动物有什么含义呢?

现在现已发现,耐寒的缓步动物能够表达一种与 DNA 结合的蛋白质,这种共同的蛋白质被称为 Dsup,是缓步动物特有的,它就像 X 射线辐射的盾牌,能够避免 DNA 开裂。这将有助于解说为什么缓步动物好像不受辐射的影响,以及为什么它们能在真空中生计。

或许有朝一日这种蛋白的基因能够被移植到人体内,协助人体增强抗辐射才能?

别的,缓步动物这种耐受低温的才能或许有助于科学家研制冻干疫苗,该类疫苗能够存储在更高的温度下,运用时只需求增加水分即可。而缓步动物的抗脱水才能或许能够在必定程度上协助科学家研制更好的保存生物资料,以应对紧急情况。

共生者:亮光鱼的“照明灯”

亮光鱼生来便是“贵族命”,不被人类食用,不过或许偶然会被人类捕获,放置于公共或私家水族馆进行展览。它天然生成便被偏心,由于大自然给了它们异乎寻常的眼睛,一眼便让你情有独钟。

它们眼睛的下面有一个发光器官——“照明灯”,这种鱼能够轻松地翻开和封闭这些“灯”。那么这个“照明灯”究竟是怎么发光的呢?

实际上,发光的器官含有数百万的发光细菌,这些细菌含有荧光素分子,当该分子与氧气在荧光素酶的效果下发作反响的时分,就会开释出光。亮光鱼能够终究靠向内和向外“ 旋转”细菌来敞开和封闭这种光。

亮光鱼之间是经过眨眼来进行沟通的,更聪明的是它们还能运用眼睛来诈骗捕食者。一边闪着“灯”,一边朝着一个方向游;然后再关掉“灯”,朝另一个方向游。 就这样溜来溜去,声东击西,甩掉捕食者。别想捉住我!

明显,这些发光的细菌对亮光鱼很有大的协助,那么鱼呢?亮光鱼与细菌之间是共生联系,它们对细菌也是大有裨益。由于这些细菌不必费劲地寻食,能够直接从鱼的血液中吸收养分和氧气。

夏威夷短尾乌贼:隐藏在星光里

夏威夷短尾乌贼,身长一至两英寸,是一种夜行动物,在深海之中的沙子或泥土中度过夜晚。这种乌贼身体下部有一个发光器官,这个发光器官是经过一种叫做费氏弧菌的细菌运用集体感应发光的。

详细便是细菌细胞发作一种信号分子,称为自诱导剂。 自诱导剂会在光器官内不断堆集,直至抵达激活细菌发光基因的临界水平,然后就会激活细菌发作光。

图片来自: Margaret McFall-Ngai

细菌宣布的光有助于避免乌贼的概括被游在乌贼下面的捕食者看到。来自于器官的光线与来自月球抵达海洋的光线相反,能够假装乌贼并避免它投射暗影。这种现象被称为反照明。

早晨,乌贼会进行一个叫做“排气”的进程,此刻感光细胞中的大部分细菌被开释到海洋中,剩余的会繁衍;当夜幕降暂时,细菌群再次集合起来,发作满足的光。而每天白日排放细菌意味着这些细菌的数量永久都不或许太多,所以在白日乌贼无需取得过多的食物和能量供养细菌,这时细菌也不会发光。

总归,细菌和乌贼的共生联系是互利共赢的,由于乌贼活动时要假装,而细菌需求运用乌贼的光器官中的氨基酸和糖作为食物,当然细菌在乌贼体内时还会遭到维护。

吸血球菌:“吸血鬼”?

吸血球菌,生活在厌氧环境,细胞只要 0.6μm 宽,呈卵体形。这种细菌会附着其他细菌上,然后从猎物身上,也便是被附着的细菌中,吸收液体,杀死猎物。这样的一个进程让前期的研讨人员想起了吸血鬼,也正是根据这一点为这种细菌命名的。

现在发现上色菌,一种能够像植物相同运用光能的生产者,是吸血球菌的猎物之一。所以也有人以为,吸血球菌作为光合细菌的捕食者,能够被以为是像动物相同的顾客。

现在,仅在西班牙东北部的埃斯坦尼亚湖和西索湖的两个淡水湖中发现了吸血球菌。这些湖泊构成于喀斯特区域,那里的地下岩石被地下水溶解,高浓度的硫酸钙和硫化氢使湖泊处于缺氧状况,为吸血球菌和它的猎物上色菌供给了厌氧环境。

在秋季的几个月里,吸血球菌的细胞浓度最高,而且与上色菌的细胞浓度呈正相关性,这也证明了吸血球菌的捕食行为。

关于吸血球菌的用途?科学家企图将该菌用作抗肿瘤剂,期望运用这种菌附着在肿瘤细胞上然后将肿瘤细胞杀死。也有人提出能够用于挑选性地靶向特定的细菌生物膜。

蛭弧菌属:不是病毒,胜似病毒

与吸血球菌不同的是, 蛭弧菌属这种革兰氏阴性专性需氧菌会先附着在一种细菌的外膜和肽聚糖层上,然后进入这种细菌的体内,它不单单是停留在细菌外表。

它能发作酶来消化猎物的外壳,还能运用“钻孔”技能进犯猎物,详细便是以旋转的方法钻进猎物中去,之后蛭弧菌在猎物体内运用猎物的养分繁衍,然后炸毁猎物。

蛭弧菌属有两种生活方法,一种是寄主依赖性强的“进犯期”,在寄主细菌中构成“蛭形体”;另一种是成长缓慢、形状不规则的寄主独立型。

别的,蛭弧菌属细胞游水速度可达 160 m / s。它游水时运用单鞘极鞭毛,具有特征性的波形螺旋状。

蛭弧菌是革兰氏阴性菌的高效杀手,比方盛行的大肠杆菌。

点击视频观看蛭弧菌进犯大肠杆菌的视频

耶路撒冷希伯来大学生态、进化和行为系的 Daniel Koster 博士对此表明:“与传统抗生素比较,蛭弧菌杀死细菌的效果机制彻底不同,因而,捕食性细菌或许在未来是抗生素的可行替代品。”

当然,大肠杆菌也并非束手待毙的,它们主要是经过“捉迷藏”来打败蛭弧菌的。

现在,一些研讨人员正在研讨这些捕食性细菌是不是真的存在进犯人类有害菌的或许!

肠道菌群也能发电?

人类已知用于发电的细菌渐渐的变多。2018 年,科学家们发现,即使是生活在人类肠道里的一些细菌也能做到这一点,虽然它们发作的电流很弱,不会损伤咱们。

而在这一发现之前,人们以为只要一些生活在窟窿和深湖等环境中的特定细菌才会发作电,或许能够发作电流。

在无处不在的黄素分子的辅佐下,李斯特菌经过细胞壁将电子以细小电流的方式输送到环境中。

细菌、植物和动物在代谢反响中会发作电子。在植物和动物中,细胞中线粒体发作氧化磷酸化构成了电子传递链,终究由氧气承受电子;而生活在低氧环境中的细菌需求找到另一种方法来脱节电子。

在一些当地,其环境中的矿物质起了承受电子的效果。最新发现,在肠道细菌中有种叫黄素的分子好像对电子的活动起至关重要的效果。

科学家们正在研讨特别环境中产电的细菌,期望这些试验能对肠道中的发电细菌的研讨起到必定的协助,也等待未来咱们咱们能够运用微生物进行生物发电。

今日介绍就到这儿啦,是不是觉得微生物的国际无奇不有呢?别看它们个头小,可是本事却不小。未来,或许咱们真的要靠它们处理一些大难题呢!

参考资料:

1.https://us

5.https://en.wikipedia.org/wiki/Bdellovibrio

6.https://owlcation.com/stem/Unusual-Bacteria-Strange-Facts-about-Fascinating-Microbes

7.Facts about extremophiles from Carleton University

8.A bacterium from Canada"s Arctic from McGill University

9.Deinococcus radiodurans facts from Kenyon College

10.Bioluminescence resources from the Latz laboratory, Scripps Institution of Oceanography

11.Information about quorum sensing in bacteria from the University of Nottingham

12.An explanation of bioluminescence in the Hawaiian bobtail shrimp from the University of Auckland

13.The use of predatory bacteria as an antibiotic from the Phys.org news site

14.Details about magnetotactic bacteria from ScienceDirect

15.How bacteria produce electricity from the University of California, Berkeley

作者|崔心伟

审校|617

修改|崔心伟

THE END

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