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细菌“苍老师”:让生命6亿年前爱上了交配

(2017-09-08 18:11:31)
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杂谈

​交配是一个严肃的话题,always。

生物学上,管交配叫做有性生殖,在它之前的叫无性生殖。无性生殖就是一生二、二生四、四生八,以至于无穷。如此cycle再cycle的好处是保真度高,亲代之间跟复制黏贴似的;坏处是多样性差,一波自然选择拍过来,集体沉陷。

后来,多样性更佳、适应性更强的有性生殖就出道了。​它让亲代分成了父(♂)和母(♀),然后各拿自己基因的一半,凑成一个崭新的后代(受表观调控如甲基化等机制调控,后代表达的往往是父母最优秀的基因)。这用元代管道升(道升者,老公赵孟頫也)的“我侬词”表述,就叫:

你侬我侬,忒煞多情。情多处,热似火。把一块泥,捻一个你,塑一个我,将咱们两个​一齐打破,用水调和。再捏一个你,再塑一个我,我泥中有你,你泥中有我。

问题是:原本习惯了无性生殖的原始生命,是怎么突然“忒煞多情”起来,然后创造性地学会了“一齐打破”,并且爱上了交配,哦不,有性生殖了呢?

8月31日,美国加州大学伯克利分校Nicole King团队和哈佛医学院的Jon Clardy团队,一起解开了这一谜题:海洋发光细菌费氏弧菌(Vibrio fischeri)通过分泌一种叫EroS(古希腊语,爱神厄洛斯)的“催情蛋白”,诱导领鞭毛虫(Monosiga brevicollis)大量聚集,完成有性生殖。

https://wx2/large/6c039c1fgy1fjc9iefy1yj20rs0baacb.jpg

​领鞭毛虫是一种单细胞原生动物(原生动物者,介于细菌与动物之间也),属鞭毛纲动鞭亚纲。

它的鞭毛外面覆有一圈绒毛,叫做领(collar)。当鞭毛高速摆动,领即抽水,遂可把细菌等食物送进领鞭毛虫的肚里。细看之下,它长这样:

https://wx4/large/6c039c1fgy1fjcacp0bmwj20go0dyjwg.jpg

​领鞭毛虫原本是进行无性生殖的,原生动物嘛。

但在特殊情况(比如饥饿)下,它们也会聚集在一起,进行有性生殖(越饿越做?),只不过这种情况很少见,而且参与“群交”的领鞭毛虫很少,创造性活动的时间也短暂。

呶,就是下面这样子:

https://wx3/large/6c039c1fgy1fjcagmijejj20gq0a1gqz.jpg

早在2012年,加州伯克利分校的 Nicole King 教授就发现了领鞭毛虫的多细胞化行为,但找不到一个合理的解释。

没关系,重要的是发现了这种现象。只要生物学家想,早晚有一天谜底可以揭开。

她们继续培养领鞭毛虫。 在一次往培养领鞭毛虫的容器中加进了费氏弧菌后,有意思的现象出现了:领鞭毛虫再次聚集起来,而且量很大,簇拥在一起的时间也比较长。

科学家猜想:是费氏弧菌,让领鞭毛虫“爱上”了有性生殖。

https://wx3/large/6c039c1fgy1fjcavt5xn8j20zk0qo74z.jpg

​ 接下来,科学家快马加鞭:

1,给麇集后的领鞭毛虫后代做,基因测序,发现它们发生了基因重组,意思就是说它们都是有性生殖的后代;

2,费氏弧菌的存在,是为领鞭毛虫提供EroS蛋白,这种一种软骨素酶(chondroitinase),正是EroS的存在,让领鞭毛虫麇集起来“挑战生理极限”。当把EroS蛋白清除掉,麇集现象就不见了(事实上,只要环境中有EroS,麇集就会重现)。

https://wx1/large/6c039c1fgy1fjcb736aevj20ro0ro78k.jpg

​这个故事再次证明:领鞭毛虫是研究进化的好材料。

高等动物都是从低级生物来的,一个至关重要的分界线就是:生命在某一个时刻,从单细胞生物,麇集起来变成了多细胞生物。这个过程怎么发生的,一直让科学家着迷。

费氏弧菌说:是我,没错的。但为什么一放出EroS,它们就“忒煞多情”,我还不能说。

科学家说,没关系,生物学家想知道的,早晚会知道。





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