世界最大！体长2厘米的巨型细菌，突破生命分类的界限

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▎药明康德内容团队编辑

在我们的印象中，细菌是一类生活在微观世界、肉眼不可见的简单生物。一般的细菌体型只有微米尺度，只有在显微镜下，这些无处不在的生命才得以现身。但最近，科学家在加勒比群岛的红树林中，发现了一种体长可达2厘米的巨型细菌。这一发现不仅足以颠覆你对细菌的认知，还可能填补上原核生物向真核生物演化道路上缺失的一环。

▲最新研究发现的巨型细菌的扫描电镜照片（图片来源：参考资料[1]）

发现这种巨型细菌的，是瓜德罗普大学的海洋生物学家Olivier Gros教授。大约10年前，他在当地沿海的红树林中观察时，注意到在腐烂的红树落叶表面，生长着一些形似白色纤毛的生物。Gros教授团队在后续研究中确认这是一类细菌，但他们并没有予以特别的关注。毕竟，微生物聚集形成肉眼可见的结构，也不是什么怪事。

直到最近，当研究团队使用显微观测和染色手段来研究这种生物时，难以置信的结果出现了：这些平均长0.9厘米、最长可达2厘米的细长 “纤毛”，就是已知体型最大的细菌个体。目前，这篇论文已被上传至预印本平台，等待同行评议。

▲巨型细菌的虚拟剖面动画，白色圆圈代表细胞质所在位置（图片来源：参考资料[1]）

在这项发现之前，已知最大的细菌是一种体长近1毫米的硫细菌。由于发现地点是纳米比亚海岸的沉积物，因此这种细菌被命名为纳米比亚嗜硫珠菌（Thiomargarita namibiensis）。相比之下，此次发现的新型细菌，体长至少是前者的10倍。

这些细菌为什么可以长到惊人的2厘米长？要回答这个问题，我们首先要知道的是，细菌的体型为什么通常都很小？

细菌往往体型很小的一个重要原因是，它们通过分子扩散的方式完成进食、呼吸、排出废物等生命活动，这显然限制了分子能够移动的距离。换句话说，如果细胞体型过大，那么部分区域将无法得到足够的营养。

而无论是纳米比亚嗜硫珠菌，还是最新研究中的巨型细菌，体内都有巨大的囊泡状结构，这很可能是帮助它们维持生命活动的关键。

在最新研究中，显微镜下，这种细菌含有被膜包裹、充满液体的囊泡状细胞器，细菌的DNA也被包裹在“囊泡”中。这些“囊泡”占据了整个细胞体积的73%，它们的存在使得细胞内容物被挤压到靠近细胞壁的区域。这时，巨型细菌的物质扩散就不再是障碍了：由于细胞内容物紧贴着细胞内壁，因此分子不需要扩散很远的距离，就能支持细胞的生命活动。

▲T. magnifica的形态以及与其他生物的体型对比（图片来源：参考资料[1]）

由于形态的相似性和随后的遗传学研究结果，研究团队将这种细菌同样归类为嗜硫珠菌属，命名为Thiomargarita magnifica（意为巨大嗜硫珠菌）。

这个“囊泡”结构的出现，不仅解释了细菌巨大体型的由来，还让它们拥有与普通原核生物不同的结构。

我们知道，对于包括细菌在内的原核生物，它们的一大特征是DNA没有核膜的包裹，而是裸露在整个细胞中。相反，来自最新研究的细菌却和真核生物的细胞一样：遗传物质被膜结构包裹，细胞含有带特定功能的细胞器。

▲激光扫描共聚焦显微镜对T. magnifica的成像结果（图片来源：参考资料[1]）

这项研究的共同通讯作者，现任职于劳伦斯伯克利国家实验室的Jean-Marie Volland博士表示，这项研究说明，作为生命的两大分支，原核生物与真核生物并没有此前想象的那样迥然不同。

随后的DNA测序结果显示，最新发现的嗜硫珠菌基因组异常庞大：含有1100万对碱基，至少包括1.1万个基因。作为对比，一般的细菌基因组含有400万对碱基以及不到4000个基因。此外，细菌的“囊泡”中还含有蛋白质合成工厂核糖体，提升了根据遗传物质合成蛋白质的效率。

从细胞结构到基因组，这一系列独特的性质赋予这种细菌超乎寻常的复杂性，原核生物与真核生物的界限似乎在这里变得模糊。我们不知道地球上还藏着哪些更加奇特的细菌，但至少，这项研究提醒我们：细菌远比我们想象得更加复杂。

参考资料：

[1] Jean-Marie Volland et al., A centimeter-long bacterium with DNA compartmentalized in membrane-bound organelles. biorxiv. doi: https://doi.org/10.1101/2022.02.16.480423

[2] Largest bacterium ever discovered has an unexpectedly complex cell. Retrieved Feb. 23, 2022 from https://www.science.org/content/article/largest-bacterium-ever-discovered-has-unexpectedly-complex-cells

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