细菌,即为原核生物,是指一大类细胞核无核膜包裹,只存在称作拟核区的裸露DNA的原始单细胞生物。主要由细胞膜、细胞质、核糖体等部分构成,且绝大多数细菌的直径大小在0.5~5μm之间。

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但据美国《科学》杂志官网报道,由美国一研究小组在24日发行的《科学》杂志上发表文章称,发现了最大长度可达2厘米的巨大细菌。

也就是说,这种巨大的细菌要比大多数细菌大 5000 倍。这种差距就像是一个人遇到另一个像珠穆朗玛峰一样高的人!这真的是“发现”不是“发明”?这么大也能算细菌?怎么长这么大的?

乍一看,试管中略显浑浊的液体像是一勺雨水,里面充满了树叶、碎片,甚至是更轻的不明丝线。但实际上,在培养皿中,漂浮在叶子碎片上方的丝线,是肉眼可见的单个细菌。

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这种细菌本身是由瓜德罗普岛安的列斯大学海洋生物学教授 Olivier Gros 于 2009 年在加勒比地区的红树林沼泽中发现的。在发现时,海洋生物学教授 Olivier Gros 正在寻找利用硫产生能量的细菌。

然而,当他将他的沼泽水样本倒入培养皿时,他发现了一些非常奇怪的东西。肉眼可见的细细的“粉丝状”线在树叶和泥土上方飘荡。

上图:瓜德罗普岛红树林中的采样点视图

随后在接下来的几年里,研究人员使用荧光标记、X 射线、电子显微镜和基因组测序等手段,对这种不寻常的有机体进行了一些研究,惊讶的发现它是一种硫氧化原核生物,并将其命名为大号硫珠菌(Thiomargarita magnifica)。

当然,大号硫珠菌既然是原核生物,那么被称为细菌也的确名副其实。而且在近日,研究人员还于《科学》杂志上,报告了他们的发现,揭开了这种巨大细菌的体型突破理论极限大小的秘密。

大号硫珠菌为什么能长这么大?

众所周知,当细胞逐渐长大,体积增加的比例要比表面积增加得多。这样,当细胞增大到一定程度时,质膜的表面积就不适应细胞进行内外物质的交换,细胞为了维持一个最佳的生存条件,必须维持最佳的表面积,从而限制了体积的无限增大。

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同时,一些重要的分子在细胞内的拷贝数是很少的,当细胞体积增大时,这些分子的浓度就越来越稀释,一些重要的生化反应需要一定的浓度才能进行,所以细胞内分子浓度也就成了限制细胞体积无限增大的另一个因素。但大号硫珠菌却拥有自己独特的方法,解决以上限制体型大小的问题。

一般来说,细菌属于原核生物的一种,其遗传物质漂浮在体内,而没有被膜包裹。但大号硫珠菌的DNA却被装在一个特殊的膜中,只不过还是不同于真核细胞的细胞核。因此,大号硫珠菌仍是原核生物。

紧接着,研究人员就决定,将这些微小的细菌细胞器称为“pepins”(指的是在西瓜或猕猴桃等水果中发现的小种子)。

由于大号硫珠菌有更多的膜可供使用,所以它可以分配制造ATP(三磷酸腺苷)的蛋白质机器。而ATP则是生物体内最直接的能量来源,是细胞内能量传递的“能量通货”,负责储存和传递化学能。

而其他细菌内部没有膜,因此放置 ATP 生成机器(ATP 合酶)的唯一位置是包裹整个生物体的细胞包膜。所以比起大号硫珠菌,其他细菌很难将能量传输很远,进而限制了大多数细菌细胞的大小。

此外,限制大多数细菌体型的另一个因素,是它们的体积必须能够翻倍才能分裂成两半实现繁殖。 而大号硫珠菌却只需要,简单地分离出自身的一小部分以产生子细胞,就能实现繁殖,因此体型不受这一因素限制。

并且,大号硫珠菌的基因组比其他细菌丰富得多,有11,788 个基因,而普通原核生物只有 3,935 个基因。

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总而言之,巨型细菌的发现让我们意识到,人类对于微生物大小的认知存在偏差。也许可能还有其他巨型细菌,就隐藏在我们的周围,躲在我们的眼皮底下,而还没有被我们发现。