新发现世上最大细菌,让科学家“打脸”

这是人类迄今为止发现的最大细菌，这项发现，或将颠覆我们对单细胞世界的认知；而发现这种大小的细菌，就像发现一个长得像珠峰一样高的人类。

生长在加勒比海红树林水下叶片上、世界新发现的最大细菌——华丽硫珠菌（Thiomargarita magnifica）构想图。插图：NOÉMIE ERIN
位于加勒比海的小安的列斯群岛（Lesser Antilles），由8个独立国家和许多附属和非主权国家（在政治上与英、法、荷、美均有联系）组成，而就在这个被划分国家最多的群岛上，发现了目前已知最大细菌，它们不用显微镜、肉眼即见，形状和长度都与人类睫毛相似，以厘米为单位（细菌通常只有1/500毫米左右）——华丽硫珠菌（Thiomargarita magnifica）。
（华丽硫珠菌与美元一角硬币对比↓）

video: https://mp.weixin.qq.com/mp/readtemplate?t=pages/video_player_tmpl&action=mpvideo&auto=0&vid=wxv_2461559318924574723摄影：TOMAS TYML



动图来源：SciNews
这些“小白毛”被发现于小安的列斯岛瓜德罗普岛（Guadeloupe），一处红树沼泽的微咸海水中，这是一种巨大的白色细菌，潜伏在腐烂树叶上。



瓜德罗普岛航拍摄影：STÉPHANE SCOTTO



2022年4-5月，瓜德罗普群岛的红树林航拍照片。摄影：HUGO BRET



瓜德罗普群岛红树林采样点航拍。摄影：PIERRE YVES PASCAL

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华丽硫珠菌比普通细菌大1000多倍；比之前发现最大的细菌，足足大了50倍。
※在此之前，细菌体型纪录保持者、先前的“迄今为止最大”——纳米比亚硫珠菌（Thiomargarita namibiensis）它被发现于1999年，长得像一串白色珠子。


纳米比亚嗜硫珠菌的染色显微照片图源：NASA

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新发现的细菌来细菌界“砸场子”，科学定论被“打脸”。



华丽硫珠菌与美元一角硬币摄影：TOMAS TYML
“细菌一直在挑战教科书对它们的描述。”澳大利亚莫纳什大学的微生物学家Chris Greening说；水生微生物学家Danny Ionescu则一语破的：“科学家一直试图定义边界，并说，细菌不可能达到这个或那个大小，因为有一定的理论极限——
但很显然，
细菌没看过我们的教科书。”

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（↓一张图看懂华丽硫珠菌到底有多巨大，作为一种细菌，它甚至比昆虫纲的果蝇还大）


先前发现的巨型细菌由成百上千个细胞组成，其中一些还可以形成“厘米”长的细丝；但新发现的华丽硫珠菌却是个单一的细菌细胞，形状、大小与睫毛差不多。



华丽硫珠菌摄影：JEAN-MARIE VOLLAND
美国最杰出实验室之一、劳伦斯伯克利国家实验室海洋生物学家Jean-Marie Volland领导了这项研究，他在接受《国家地理》采访时说：“当我们意识到如此庞大的丝状细菌实际上是个单细胞细菌，那一瞬间的心花怒放无以言表。”


华丽硫珠菌研究的领导者Jean-Marie Volland及其团队成员，（左起）Tanja Woyke, Jean-Marie Volland, Olivier Gros, Silvina Gonzalez-Rizzo and Shailesh Date图源：Hugo Bret, Susan Brand/Berkeley Lab
庞大的体积并非唯一令人瞠目的特征——
华丽硫珠菌的结构比之前发现的任何细菌都复杂；而且，与大多数细菌不同的是，它将DNA整整齐齐地存储在自己的“数据包”中。



华丽硫珠菌摄影：JEAN-MARIE VOLLAND
细菌属于原核生物的分支，原核生物是最基本的生物，人们经常将它们描述为单层膜所包围的“一袋酶”，认为这袋酶在细胞质中自由生长，没有任何主动调节。细菌原核细胞与真核细胞（包括动物、植物和真菌细胞）的不同之处在于，它们没有细胞核，而细胞核是一个单独的“隔间”，里面存放着DNA。

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但发现华丽硫珠菌就颠覆了这一说法，它们具备一种“原始细胞核”，并将其遗传物质包装在被膜包围的“隔间”内。


放大4倍，一种念珠藻属的蓝细菌。蓝细菌是一类能通过光合作用获取能量的革兰氏阴性菌；蓝细菌属于原核生物界，而非真核生物中的藻类。摄影：Martin Kaae Kristiansen

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华丽硫珠菌独特的“隔间”，科学家将其命名为“pepins”，这些“pepins”的结构进一步模糊了细菌和真核细胞之间的区别。其独特之处在于——尽管所有巨型细菌都能携带多个基因组拷贝，但华丽硫珠菌在一个细胞中就携带了超70万个基因拷贝。


华丽硫珠菌摄影：Olivier Gros
华丽硫珠菌或将帮助人们弄清为什么真核生物基因组（如动植物细胞中的基因组）会变得越来越大。

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长期以来，人们一直认为细菌细胞不可能很大，例如，一个细胞越大，就需要更大的表面积吸收更多营养和能量，从而维持如此之大的有机体，越大越有负担。
根据微生物学家Chris Greening的解释，华丽硫珠菌通过拥有更先进的细胞和复杂组织去打破规则——
作为细菌，它们居然拥有类似动植物的高级细胞。


图源：Jean-Marie Volland/ Sci-News.com
华丽硫珠菌研究的领导者Jean-Marie Volland及其团队表明——正如前文提到，该细菌的结构被细分为许多“隔间”，这些“隔间”执行不同的功能，并极大增加了可用的表面，而正是这种复杂性，很可能帮助该生物突破了人类预测的细菌细胞大小限制。


图源：Jean-Marie Volland

Volland指出：“细菌可以固定碳、利用糖；它们可以在各种基质上生长；它们可以交流、可以发出信号；它们有各种复杂的机制，也有社会行为能力；其中一些有复杂的生命周期。所以，我们不可以再武断地说如果它是细菌就很简单，而是真核生物它就很复杂了。”

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