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一說起微生物，我們都知道，它們是個體非常微小的，只能用顯微鏡才能看到的生命。然而，一種新發(fā)現(xiàn)的細菌顛覆了這一觀點。

這種被新發(fā)現(xiàn)的細菌生活在加勒比海的紅樹林中，它的線狀單細胞肉眼可見，甚至可以長到2厘米長，相當(dāng)于一個花生的長度，這比許多其他已知的微生物要大5000倍。更重要的是，這種巨大的細菌擁有一個巨大的基因組，它不能像其他細菌的基因組那樣在細胞內(nèi)自由漂浮，而是被包裹在一層膜中。這是一種更復(fù)雜細胞的新特征，類似人體中的細胞。

近日，發(fā)表在預(yù)印本服務(wù)器上的一項研究公布了這種細菌。該細菌的特征讓一些研究人員為之震驚。

美國馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的微生物學(xué)家Verena Carvalho說：“這種細菌把我所認(rèn)為的細菌個頭上限提高了10倍?！?/p>

美國加州大學(xué)圣地亞哥分校傳染病學(xué)家Victor Nizet補充說，這一發(fā)現(xiàn)非常神奇，令人大開眼界。這種超大的細菌比果蠅和線蟲這些常見的實驗室動物更大。

日本九州工業(yè)大學(xué)的計算生物學(xué)家Kazuhiro Takemoto說：“除了顛覆我們有關(guān)微生物可以多大、多復(fù)雜的觀點外，這種細菌可能是復(fù)雜細胞進化中缺失的一環(huán)?！?/p>

長期以來，研究人員將生命分為兩類：原核生物和真核生物。前者包括細菌和被稱為古細菌的單細胞生物；后者包括從酵母菌到大多數(shù)形式的多細胞生命（包括人類在內(nèi)）。原核生物具有自由漂浮的DNA，而真核生物則將DNA包裝在細胞核中。真核生物也將各種細胞功能劃分成名為細胞器的囊泡，并能將分子從一個囊泡移動到另一個囊泡，這是原核生物無法做到的。

新發(fā)現(xiàn)的這種微生物模糊了原核生物和真核生物之間的界限。

大約10年前，法屬安的列斯群島大學(xué)的海洋生物學(xué)家Olivier Gros發(fā)現(xiàn)了這種奇怪的生物，它以細絲的形式生長在當(dāng)?shù)卣訚芍懈癄€的紅樹葉表面。直到5年后，他和他的同事才確定這些生物體實際上是細菌。直到最近，Gros的研究生Jean-Marie Volland決定試圖描述這種微生物的特征，他們才意識到它有多么特別。

有些微生物能夠形成可見的莖或由一堆細胞組成的細絲，如粘液菌和藍綠藻，但該研究團隊使用了各種顯微鏡和染色方法驗證了紅樹林中的每一個細絲都只是一個細胞。Volland回憶道：“這是我們起初不相信的事情?！?/p>

此外，該細胞包括兩個膜囊，其中一個包含細胞的所有DNA。

Carvalho說：“Volland將囊（sac）稱為一種細胞器，這是一個重大的進步，意味著生命的兩個分支并不像以前認(rèn)為的那樣不同。

華盛頓大學(xué)圣路易斯分校的微生物學(xué)家Petra Levin對此表示贊同，她說：“也許是時候重新思考我們對真核生物和原核生物的定義了！這是一個超級酷的故事?！?/p>

另一個囊充滿了水，這可能是細菌生長得如此之大的原因。微生物學(xué)家過去認(rèn)為細菌必須很小，部分原因是它們通過細胞內(nèi)部的分子擴散來進食、呼吸和排出毒素，而且這些分子可以傳播的距離是有限的。

在1999年，研究人員在納米比亞海岸發(fā)現(xiàn)了一種巨大的食硫微生物，其大小與罌粟籽差不多。它之所以很大，是因為它的細胞內(nèi)容物被一個充滿水和硝酸鹽的巨大囊擠壓到了它的細胞外壁上。研究該細菌的Carvalho說，細菌的基本分子仍然可以擴散進出，因為細胞只能沿著邊緣存活。

科學(xué)家后來發(fā)現(xiàn)了其他的大型食硫細菌，但它們的長絲都由多個細胞組成。

就像在納米比亞發(fā)現(xiàn)的微生物一樣，這種在紅樹林中新發(fā)現(xiàn)的細菌也有一個巨大的水囊，大概占其總體積的73%。這種相似性和基因分析促使研究團隊將其與大多數(shù)大型微生物歸類到同一個屬中，并提議將其命名為Thiomargarita magnifica（巨大的硫菌）。

研究微生物如何影響地球化學(xué)循環(huán)的田納西大學(xué)諾克斯維爾分校的生物信息學(xué)家Andrew Steen說：“多么好的名字啊！聽到這個名字讓我感覺到好像聽到一只巨大恐龍的名字，或某種巨大、極冷極熱、致密或怪異的天體結(jié)構(gòu)?！?/p>

Volland發(fā)現(xiàn)最大的T.magnifica細胞有2厘米長，但Carvalho認(rèn)為，如果不被踩踏、吃掉、被風(fēng)吹跑或被海浪沖走，它們可能還會變得更大。

充滿DNA的囊沿著細胞內(nèi)邊緣擠壓，結(jié)果也被證明是非同尋常的。當(dāng)研究人員對里面的DNA進行測序時，他們發(fā)現(xiàn)基因組是巨大的，達到1100萬個堿基，包含大約11000個清晰可分辨的基因。通常情況下，細菌基因組平均約有400萬個堿基和約3900個基因。

通過用熒光標(biāo)記DNA，Volland確定了這種細菌的基因組如此之大是因為有超過50萬份相同長度的DNA。被稱為核糖體的蛋白質(zhì)生產(chǎn)工廠也位于充滿DNA的囊內(nèi)，這可能使基因代碼轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)的效率更高。

莫納什大學(xué)微生物學(xué)家Chris Greening說：“將遺傳物質(zhì)與其他物質(zhì)分離，可以實現(xiàn)更精密的控制和更高的復(fù)雜度?！?/p>

Greening補充道：“細菌通常被認(rèn)為是小型、簡單、進化不足的生命形式。然而，這種細菌表明這種觀點與事實相差甚遠。”

論文鏈接：

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.02.16.480423v1.full.pdf

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