细菌中的“珠穆朗玛峰”现身!长达2cm,肉眼可见!

业界 | 2022-07-10 07:42:40| 63

出品:科普中国

作者:EVEE(北京大学生命科学学院)

监制:中国科普博览

如果只是粗略地看一眼,试管中略显浑浊的水仿佛和积水潭中的水并无区别,其中混杂着树叶,沉积物,以及一些细细的“丝线”,但仔细一看,这些细丝一般的物体居然漂浮在树叶上方,在水中不紧不慢地摆动着…

难不成是寄生虫?毕竟线状的寄生虫在水中非常常见,但当科学家将这条“细线”拿到显微镜下面的时候,所有人都大吃一惊——这些细丝状的物体,居然是肉眼可见的单个细菌细胞!


巨型细菌的渲染图 图片来源:scitechdaily.com

不同于大家平日里对于细菌的印象:个体微小,大多数只能在显微镜下被看到,细胞结构简单,这次被科学家们发现的细菌,堪称细菌界的“巨无霸”。

一、肉眼可见的厘米级细菌

2022年6月,知名期刊《科学》发表了一项关于细菌的研究,科学家们新发现了一个细菌的物种Ca.Thiomargarita magnifica,长约0.9厘米,最长的可以达到2厘米。这样的尺寸可以说是细菌圈子里的巨无霸了,要知道大多数细菌都还是微米级的,1000微米才等于1毫米,这种细菌要比大多数细菌大上5000倍,大家可能没有一个很直观的印象,打个比方,这就像一个人遇到了另一个和珠穆朗玛峰一样的高的人,瞬间高下立判。


巨型细菌和其他一些常见生物的比较 图片来源:参考文献

从形态上看,这种细菌呈白色丝状,从基部逐渐向顶端收缩,形成芽孢,整体外观光滑,没有附生菌。有趣的是,每根细丝都是一个单独的细胞,中间没有分裂隔膜,除了顶端的芽孢通过闭合收缩与细丝的主体分离。


巨型细菌的形态 图片来源:参考文献

毫无疑问,这就是迄今为止发现的最大的细菌,但这仅仅只是T.magnifica与众不同的一个方面,真正颠覆科学家们认知的是,这种细菌的遗传物质被膜结构包被。

二、是细菌,但又不像细菌

科学家和这一巨型细菌的邂逅发生在加勒比海的红树林中,他们发现一些白色的细丝附着在叶片沉积物上,但一开始科学家们并未留意这些细丝,只是觉得它们有些奇怪,便没有再进行后续的研究,这一耽搁,就是10多年。

终于,慧眼识珠的科学家们发现了这些白色细丝的与众不同,进行了较为深入的研究。他们一开始并没有想到这会是一种细菌,因为这些细丝肉眼可见,更像是真核生物,直到科学家们对这种白色细丝的16S核糖体RNA进行了测序,才确定了这是一种细菌。

(注:16S核糖体RNA,简称为16S rRNA,是原核生物的核糖体中30S亚基的组成部分,被称为细菌系统分类研究中最有用的和最常用的分子标记。不同于原核生物,真核生物中的三类核糖体RNA为5.8S rRNA、18S rRNA和28S rRNA,并没有16s rRNA)


发现巨型细菌的红树林 图片来源:scitechdaily.com

但随着研究的深入,科学家们又开始纳闷了,16S rRNA的结果显示这个巨无霸是细菌无疑,但当他们用共聚焦激光扫描显微镜和透射电子显微镜观察这些细菌的膜结构时,又有了惊人的发现。这些细菌的遗传物质居然是被膜包被了的!

大家在生物课本上都学过:细菌没有核膜,只有遗传物质集中的部位,T. magnifica并不像其他细菌一样,让遗传物质在细胞质中自由漂浮,而是将其包裹在一个膜结构中,这类似于那些更加复杂的细胞,比如动物或者植物的细胞。科学家们将这些被包着遗传物质的细胞器称为“pepins”。


在巨型细菌中的pepins 图片来源:参考文献

T.magnifica内那些被膜包被的遗传物质颠覆了人们的认知,模糊了真核生物和原核生物之间的界限!

三、为什么巨型细菌可以长这么大?

在学界,人们认为细菌缺乏活跃的细胞内运输系统,主要依赖于化学扩散,这限制了细胞的体型。简而言之,细菌之所以这么小,是因为随着其大小的增加,细菌细胞的生理或者代谢需求的增长超出了细胞可以维持的范围。

那么,为什么巨型细菌可以长这么大呢?这还要从巨型细菌的复杂性说起。除了上述两个与众不同的特点之外,这种巨型细菌的复杂程度也远超其他细菌。基因组测序的结果显示,T. magnifica的基因组十分庞大,大约是我们常见的细菌的三倍,拥有1000万个碱基对,包含约11788个基因。


巨型细菌拥有庞大且复杂的基因组 图片来源:参考文献

不仅如此,因为pepins在巨型细菌的体内分布广泛,每个pepins中都有一套基因组的拷贝,所以这种巨型细菌其实是一个多倍体(细胞中含有三套或三套以上染色体的个体,对于这种巨型细菌而言则是拥有三套以上的基因组拷贝), 拥有多套的遗传物质。科学家们在pepins区域检测到活跃的蛋白质生物合成活性,虽然细菌体型大,但是只要pepins数量多,也还是可以满足代谢活动的需求。

除此之外,T.magnifica细菌的细胞内还有一个占总体积的73%左右的大液泡,液泡沿着整个细丝连续分布,这使得细胞质被限制在细胞的外围。这使得巨型细菌在进行物质运输时更为便利,就算体型巨大,也能维持生命活动。


巨型细菌的中央大液泡 图片来源:参考文献

不得不说,一个多世纪以来,对细菌体型大小的认知偏差让人们对巨型细菌视而不见,毫无疑问,这些巨型、复杂的细菌很可能就存在于显而易见的地方,期待着人们去发现,去解读,去探索生物复杂性背后的奥秘。

参考文献:

Volland, J. M., Gonzalez-Rizzo, S., Gros, O., Tyml, T., Ivanova, N., Schulz, F., ... & Date, S. V. (2022). A centimeter-long bacterium with DNA contained in metabolically active, membrane-bound organelles. Science, 376(6600), 1453-1458.

标签:

相关推荐

推特联合创始人:马斯克“似乎不是”拥有推特的合适人选

推特联合创始人:马斯克“似乎不是”拥有推特的合适人选

1月28日消息,社交媒体推特联合创始人比兹·斯通(Biz Stone)表示,埃隆·马斯克(Elon Musk)“似乎不是”拥有推特的合适人选。斯通是联合创立推特的四人之一,近年来曾帮助监督公司进行改革。他认为,推特原本已经有了积极变化,但在马斯克的领导下,公司士气 ...

业界 1 2023-01-29 10:52:52
水滴公司CEO沈鹏发布全员信:2023年保持合理盈利

水滴公司CEO沈鹏发布全员信:2023年保持合理盈利

1月28日,水滴公司创始人兼CEO沈鹏在春节后第一个工作日发布全员信。沈鹏在信中表示,2023年水滴的发展策略是:以用户为中心,在合理盈利的前提下,追求更高质量的创新和增长。沈鹏表示,水滴2022年取得了超过市场预期的业绩表现,未来仍需要具备始终创业 ...

业界 1 2023-01-29 10:51:19
美房产中介们爱上ChatGPT:原先花1小时写房源文案,现在仅5秒

美房产中介们爱上ChatGPT:原先花1小时写房源文案,现在仅5秒

1月29日消息,人工智能聊天机器人ChatGPT自从发布以来,已经引发了一番热潮。房地产行业用它来自动生成房屋描述、回答客户问题或计算还款额度。很多房地产中介甚至表示,他们现在无法想象没有ChatGPT的工作。房地产中介在网上推介房子时,常常需要绞尽脑 ...

业界 1 2023-01-29 10:49:48
财报电话会议|马斯克:特斯拉正在中国取得胜利,能吸引本地最优秀人才

财报电话会议|马斯克:特斯拉正在中国取得胜利,能吸引本地最优秀人才

1月26日消息,当地时间周三盘后,美国电动汽车制造商特斯拉公布2022年第四季度及全年财报。财报显示,特斯拉第四季度营收为243亿美元,同比增长37%;净利润为37亿美元,同比增长59%。特斯拉实现有史以来最高的季度收入、营业收入和净利润。财报发布后,特 ...

业界 3 2023-01-26 18:48:48
美股周三:谷歌跌逾2%,微软盘中一度大跌5%

美股周三:谷歌跌逾2%,微软盘中一度大跌5%

1月26日消息,美国时间周三,美股收盘主要股指涨跌不一,道指连续第四天上涨,但标指和纳指连续第二天下跌。此前,微软公布了令人失望的业绩展望,增加了人们对企业盈利和美国经济放缓的担忧。标准普尔500指数收于4016.22点,跌幅0.02%;道琼斯指数收于33 ...

业界 2 2023-01-26 18:48:34
国产车出口大涨,中国车企:欧洲消费者正慢慢习惯中国产品的高质量

国产车出口大涨,中国车企:欧洲消费者正慢慢习惯中国产品的高质量

1月26日消息,在过去几年里,中国汽车产业已经取得了长足的进步,国产汽车在国际市场上正变得越来越有竞争力。分析师预计,中国已经超过德国,成为仅次于日本的世界第二大乘用车出口国,并有望成为全球最大汽车出口国。安德烈亚斯·塔特(Andreas Tatt)是 ...

业界 2 2023-01-26 18:48:09
马斯克自曝注射mRNA加强针后产生严重副作用

马斯克自曝注射mRNA加强针后产生严重副作用

1月23日消息,特斯拉首席执行官埃隆·马斯克(Elon Musk)周末自曝,他因接种第二针mRNA疫苗产生了严重的副作用,有好几天感觉难受得要死。尽管马斯克自称支持接种疫苗,但最近几周他对注射第二针新冠疫苗的必要性持批评的态度。1月21日,马斯克在推文中写 ...

业界 4 2023-01-23 17:29:30
飞猪:春节期间出境机票预订人次同比增长超4倍

飞猪:春节期间出境机票预订人次同比增长超4倍

1月23日消息,飞猪数据显示,截至1月22日24点,春节假期旅游商品的预订量创三年新高。除夕、初一两天,国内机票订单量同比增长超60%,高星酒店订单量同比增长超100%,民宿订单量同比增长近200%,其中大理、丽江、厦门、三亚、杭州是新年期间民宿预订最热 ...

业界 3 2023-01-23 17:29:00
网易宣布暴雪停服:感谢玩家相伴14年 期待玩家重返国服

网易宣布暴雪停服:感谢玩家相伴14年 期待玩家重返国服

1月23日,网易发布《网易致暴雪国服玩家的告别信:感谢相伴14年》公告,正式宣告暴雪游戏停服。2023年1月24日0时,由网之易代理的《魔兽世界》《炉石传说》《守望先锋》《暗黑破坏神Ⅲ》《魔兽争霸Ⅲ:重制版》《风暴英雄》《星际争霸》系列产品,在中国大 ...

业界 5 2023-01-23 17:27:27
美股周五:纳指涨超2.5%,热门中概股普涨,阿里涨近3%

美股周五:纳指涨超2.5%,热门中概股普涨,阿里涨近3%

美国时间周五,美股收盘主要股指全线上涨,原因是科技股上涨提振了风险情绪,且美联储官员的讲话打消了对政策过度激进的担忧。道琼斯指数收于33375.49点,上涨330.93点,涨幅1.00%;标准普尔500指数收于3972.61点,涨幅1.89%;纳斯达克指数收于11140.43点 ...

业界 5 2023-01-21 17:33:05