0

1
1

文字

分享

0
1
1

朋友一生一起走,發光夥伴不常有!短尾烏賊和費雪弧菌的共生關係大揭密!——《我擁群像》

臉譜出版_96
・2020/04/07 ・3154字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 507 ・六年級

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

  • 作者/艾德.楊 (Ed Yong);譯者/田菡、楊仕音、劉蓉蓉

編按:動物學家瑪格麗特.麥克弗爾.奈,近三十年來致力於研究短尾烏賊和牠身上的發光細菌。讓我們一起來看看,她所帶領的研究團隊發現微生物有什麼樣的特殊能力。

當麥克弗爾.奈還是名研究生時,她研究的是一種也帶有發光細菌的魚類。

麥克弗爾.奈為之著迷,卻也因它而感到很沮喪。這種魚無法在實驗室中繁殖,所以每一隻她經手的個體都已經有共生菌入住,她因此無法用來研究她真正有興趣的問題:共生伙伴第一次相遇時會發生什麼事?雙方如何建立連結?是什麼力量阻止其他微生物進駐到宿主身上?

直到那天,一位同事對她說:「嘿,妳聽說過這種烏賊嗎?」

夏威夷短尾烏賊與發光細菌的共生

雖然胚胎學家熟悉夏威夷短尾烏賊,微生物學家熟悉牠身上的發光細菌,大家卻都忽略兩者之間的共生伙伴關係——但這種伙伴關係對麥克弗爾.奈來說正是重點。

為了研究共生伙伴,她自己也需要一個「伙伴」,一個瞭解細菌的人來與她的動物學專業知識互補。

這個人是涅德.盧畢 (Ned Ruby)。「我大概是她找的第三個微生物學家,卻是第一個答應她的人。」盧畢說。他們兩人先是在專業上合作,但不久之後,也開始了浪漫關係。

盧畢優哉游哉的衝浪人性格與麥克弗爾.奈的女強人特質正好「陰陽互補」,正如一位他們的共同朋友告訴我的,那兩個人是「真正的共生」。

今天,他們的實驗室相鄰,研究的物種——短尾烏賊——也相同。

夏威夷短尾烏賊 (Euprymna scolopes)。圖/Wikipedia

短尾烏賊被養在一整排陳列於狹窄走廊的水族缸裡,這些水族缸一次總共可以住得下 24 隻。每當新一批的短尾烏賊送到時,實驗室主任貝基亞雷斯就會挑一個字母,讓所有學生替牠們取名。我之前見到的那隻「女士」叫 Yoshi。Yahoo、Ysolde、Yardley、Yara、Yves、Yusuf、Yokel 和 Yuk(這是位「先生」)分別住在相鄰的水族缸裡。

「女士們」每兩週會有一次「約會之夜」,交配後,牠們會被留在一間育嬰中心,裡面的水缸裡擺滿 PVC 水管,在水管裡面產下數百顆卵。孵化的過程耗時數週。

當我們參觀育嬰中心時,看見架子上有一個塑膠杯,杯裡有幾十隻小烏賊在抖動,每隻身長約莫數毫米。十隻雌烏賊每年可以生出六萬隻小烏賊,這也是牠們成為如此受歡迎的實驗動物的原因之一。

另一個原因則是:小烏賊出生時是無菌的。如果在野外,費雪弧菌在幾個小時內就會住進小烏賊體內。但在實驗室中,麥克弗爾-奈和盧畢可以控制要讓哪種共生菌進入小烏賊體內。

他們還可以把發光的蛋白質標在費雪弧菌的細胞上,以便觀察它們如何進入烏賊的發光器。這樣一來,研究人員就能見證共生關係的發生。

把發光的蛋白質標在費雪弧菌的細胞上,就能見證共生關係的發生!圖/National Science Foundation (NSF)

見證共生關係發生的時刻!

這段共生關係始於物理機制。

發光器的表面覆蓋著黏液和會擺動的小毛(稱為纖毛),纖毛擺動造成小水流,可以推動與細菌差不多大小的顆粒,但再大就不行,所以可以讓各種微生物聚集在黏液中,包括費雪弧菌。

物理之後是化學接棒,當一隻費雪弧菌接觸到短尾烏賊時,烏賊不會有任何反應;兩隻,依然無動於衷;但如果有五個細胞接觸到短尾烏賊,就會啟動很多烏賊基因。其中一些基因負責製造各種抗菌物質,這些物質傷不了費雪弧菌,卻可以讓其他微生物難以生存。其他基因則釋放出能分解短尾烏賊身上黏液的酵素,用來產生能吸引更多費雪弧菌前來的分子。

這些烏賊身上的變化解釋了為什麼即使一開始其他細菌數量是費雪弧菌的一千倍,費雪弧菌卻仍能很快地占據黏液層。光是費雪弧菌自己,就能把短尾烏賊的表面轉化成能吸引自己同類及阻止競爭對手的環境。

費雪弧菌就像科幻故事裡的主角,能把環境艱困的星球變成舒適的家園,只是它改造的是動物不是星球。

費雪弧菌就像科幻故事裡的主角,能把環境艱困的星球變成舒適的家園。圖/8385@Pixabay

當費雪弧菌在體外造成短尾烏賊的改變後,接著就開始往烏賊體內移動。費雪弧菌從其中一個小孔鑽入,穿過長長的管道,擠過管頸,最後抵達盡頭的隱窩。

費雪弧菌會在這裡進一步改造短尾烏賊。隱窩內壁排列的柱狀細胞會因此變得更大、更緊密,緊緊包圍著來到這裡的費雪弧菌。在細菌適應改造後的內部構造時,烏賊也關上了弧菌的來時路:隱窩的入口變窄,管道收縮,表面纖毛脫落。

發光器終於發育成熟。有了正確的細菌入住——再次強調,費雪弧菌是這趟旅程唯一的主角——之後,沒有其他微生物可以再住進來了。

改造生物超能力?其實微生物就能辦到!

好喔,但那又怎樣?花這麼多力氣把一隻小動物研究得那麼透徹,似乎太鑽牛角尖。但是這些短尾烏賊上的細節隱藏著深遠的意義,而且麥克弗爾.奈馬上就領悟到這一點。

1994 年,在她的第一批烏賊研究完成後,她寫道,「這些研究結果會是第一個實驗數據證明,特定的共生細菌可以誘導動物發育。」

換句話說,微生物「雕塑」了動物的身體。

但,怎麼做?2004 年,麥克弗爾.奈的研究團隊發現,費雪弧菌表面上的兩個分子擁有改造烏賊的能力:肽聚醣 (peptidoglycan) 和脂多醣 (lipopolysaccharide)。

這真是個驚喜!當時的人們只知道這些化學分子在疾病上的角色,它們被稱為「病原相關分子結構」(pathogen-associated molecular pattern,PAMP),是警告動物的免疫系統感染即將發生的告密者。

但費雪弧菌不是病原,雖然它與導致人類霍亂的細菌是親戚,但根本不會傷害烏賊。

因此,麥克弗爾-奈換去縮寫的第一個字母,將病原體 (pathogen) 的 P 改為更具包容性的微生物 (microbe) 的 M,重新將這些分子命名為「微生物相關分子結構」(microbe-associated molecular pattern,MAMP)。

新術語象徵著微生物體學是個更全面的科學,向全世界昭告:我們不該只把這些分子視為疾病的徵兆,這些分子雖然的確可能讓人發炎、身體虛弱,但它也可能幫助動物和細菌之間建立美好的友誼。

如果沒有它們,發光器永遠不會到達最終形態;如果沒有它們,短尾烏賊就算存活下來,到最後也無法完成這段共生發育。

費雪弧菌的生物發光 (Bioluminescence)。圖/Microbe Wiki

現在我們很清楚地知道,許多動物(從斑馬魚到小鼠)在成長過程中會受到細菌伙伴的影響,而且時常是藉由和塑造烏賊發光器一樣的微生物相關分子結構來達成。

多虧這些研究的發現,我們可以用全新的角度來看待這個讓動物從單細胞變成正常運作的成體的過程。

如果你小心地取出一個受精卵(不管是人類的、烏賊的,還是其他動物的),把它放在顯微鏡底下觀察,你會看到它分裂成兩個、四個、八個,細胞群變得愈來愈大,該折疊的折疊,該凸出的凸出,該扭曲的扭曲。細胞之間交換著分子信號,告訴彼此該形成哪些組織和器官,於是身體各部位開始成形。

受精卵分化的示意圖(當然不是真的長這樣)。圖/GIPHY

胚胎會長大,只要能獲得足夠的營養,它就會持續生長,整個過程似乎獨立自主、行雲流水,就像非常複雜的電腦程序一樣自動運行。

但是短尾烏賊和其他動物的經驗告訴我們,發育並非如此,除了需要動物基因中的指令之外,也需要來自微生物基因的指令。

這是持續交涉的結果:這是多種生物間的會談,而會談結果只針對其中一個成員的發育造成影響。這個結果成為一整個新生態系的開端。

——本書摘自《我擁群像:栽進體內的微米宇宙,看生物如何與看不見的微生物互相算計、威脅、合作、保護,塑造大自然的全貌》,2019 年 10 月,臉譜出版

 

 

 

文章難易度
臉譜出版_96
67 篇文章 ・ 244 位粉絲
臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。

0

1
1

文字

分享

0
1
1
當人們對細菌一無所知、當醫生不洗手:生產,就像是去鬼門關前走一趟──《厲害了,我的生物》
聚光文創_96
・2022/09/13 ・1767字 ・閱讀時間約 3 分鐘

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

無知的代價:產褥熱

故事說到這裡,此時此刻,人們依然只能透過顯微鏡、放大鏡等工具,追尋微生物的芳蹤。當然啦,發現微生物是一回事,要確認這些微生物與特定疾病的相關性,並且證實它們的致病性與致病機制,則完全又是另一回事。

在那個對微生物一無所知的年代,該有多可怕?圖/envatoelements

然而,產業救星巴斯德先生在拔了一根草、測了測風向以後,敏銳的發現,風向是會改變的。在與微生物和疾病的永恆戰鬥中,人類也不會永遠的屈居下風。

巴斯德的重心,逐漸從化學轉移到微生物之上。他雖然不是醫生,也不是婦女,卻對婦女的生死大關特別有興趣。

在十八世紀到十九世紀之間,有多達百分之三十的婦女,會在生產後的「產褥期」,受到細菌感染而持續發燒,稱為「產褥熱」(puerperal fever)。

當時,產褥熱的致死率相當高,一旦受到感染,有百分之七十五的產婦可能會挺不過去,一手接生一手送死,悲傷的故事在醫院裡不斷上演。

被忽視的警告:「不要碰完屍體去接生!」

一八四三年,美國醫生霍姆斯(O. W. Holmes)在論文中提到,不少醫生會在解剖完屍體之後,再為產婦進行接生,這些產婦中,染上產褥熱的比例也偏高。

但是,當時的醫學界並不認同霍姆斯的觀點,將他的提醒當成了耳邊風。

進產房前,別忘了先寫遺囑!圖/聚光文創

與此同時,在著名的維也納大學醫學院中,匈牙利醫師塞麥爾維斯(Ignaz Philipp Semmelweis),正為了附屬醫院中,遲遲無法下降的產婦死亡率而苦惱著。

即使進行了詳細的大體解剖,塞麥爾維斯也無法找出產褥熱的原因,只能眼睜睜的看著產婦一邊期待著新生命的降臨,一害怕著死神將揮舞著鐮刀,收割她們的性命。

心痛的塞麥爾維斯,於是將目光轉向產房細節。他注意到,如果產婦居住在解剖室旁的產房,產褥熱的比例更居高不下;反觀助產士教學病房裡的產婦,死亡率就明顯較低。

塞麥爾維斯於是推測,或許在屍體中帶有某種毒素,經由負責解剖的醫生、實習生的雙手,在接生或產檢之際進入產房,造成了產婦的死亡。

只是洗個手,死亡率剩下原本的 1/4

一八四七年,塞麥爾維斯決定,要求產科裡所有醫生、實習生,特別是那些剛進行過大體解剖的小夥伴們,在為產婦接生或檢查之前,務必要用肥皂與漂白水浸泡、清洗雙手,並澈底刷洗指甲底下的汙垢。

果不其然,一個簡簡單單的洗手動作,就讓院內產婦的死亡率,從百分之十二下降到百分之三!可喜可賀!

即使塞麥爾維斯發現「洗手」就可以降低產婦的死亡率,但它的發現並未被醫界重視。圖/envatoelements

按照常理思考,我們可以大膽推測,接下來的劇情發展應該是:「塞麥爾維斯被譽為英雄,他所推行的洗手習慣,立刻被全世界廣泛採用……」

NO~NO~NO,塞麥爾維斯拿到的,可不是這麼簡潔、老生常談的劇本,故事尚未劇終,本章節依然未完待續。

事實上,他的重要發現並沒有受到醫學界的認可,連病房主任也說,死亡率的下降,是醫護同仁們用心禱告的結果,跟洗不洗手什麼沒啥關係。

不僅論點違背主流風向,許多醫生甚至覺得,塞麥爾維斯的說法,根本就是在說「醫生手很髒」或「病從醫生來」,對此,他們表達強烈的不憤怒與不滿。

讀到這裡,我們或許會覺得,只是洗個手,有那麼痛苦那麼難嗎?殊不知,即便是疫情當前的今日,對於這個倡導手部衛生的建議,依然有人會感到不滿與抗拒。

如此一想,一百多年前的醫生們不想洗手,好像不是多麼不可思議的事情了。

沒想到竟然連醫生都會不想洗手!圖/聚光文創

──本文摘自《厲害了,我的生物》,2022 年 8 月,聚光文創,未經同意請勿轉載。

聚光文創_96
6 篇文章 ・ 2 位粉絲
據說三人出版社就算得上中型規模,也許是島嶼南方太過溫暖,我們對出版業的寒冬始終抱持著浪漫與天真。 作者們說,出版市場很艱困,但我們依然想在翻譯領軍的文學市場中,為本土的作者、原創故事發聲。 喜歡做為升學孩子減輕壓力的書,不要厚重百科類型、沒有艱澀的專有名詞,很多重大發現的背後故事更值得我們好好品味。

1

1
1

文字

分享

1
1
1
葡萄酒變酸了?這可不能忍!巴斯德揪出「乳酸菌」,成功拯救法國的釀酒業──《厲害了,我的生物》
聚光文創_96
・2022/09/12 ・2154字 ・閱讀時間約 4 分鐘

國安危機!為什麼葡萄酒變酸了?

在上一集中,我們聊到了十七世紀,荷蘭科學家 aka 手作達人雷文霍克,以他那充滿手工溫度的兩百五十臺顯微鏡,以及一百七十二塊鏡片,為世人展示了「微型動物」(微生物)的世界。

然而在雷文霍克之後,除了斯巴蘭札尼神父曾經投以關愛的眼神,做了一些相關的實驗與研究,微生物似乎逐漸被眾人遺忘。

一直到微生物學的奠基者,巴斯德(Louis Pasteur)的出現,微生物的存在終於開始閃閃發光。一開始,巴斯德是打算進行「自然發生說」的相關實驗,沒想到,一個可能動搖國本的問題卻找上了他。

巴斯德(Louis Pasteur)被譽為微生物學的奠基者,也是研發出狂犬病疫苗的科學家。圖/Wikipedia

在浪漫優雅的法國,飲酒文化與釀酒事業同樣歷史悠久,然而,當時的酒商與釀酒廠負責人卻天天急得跳腳,一點也浪漫不起來。

原來,釀酒這門手藝太過精細,只要一不小心,酒廠生產的酒很可能就會酸化變質,不僅造成商譽與營運的巨大損失,也會影響市場供應的穩定性。

生活不能缺少微醺的感覺,釀酒業的危機,簡直就是國安危機,巴斯德義無反顧的決定伸出援手。

於是,巴斯德拿出科學家的精神,仔細研究了整個釀酒過程,收集、觀察製程中,不同時間的發酵液,並且分析、比較這些酒液的不同。

經過一次一次的培養與試驗,巴斯德終於發現,在顯微鏡下,正常的發酵液中,有一種形狀圓圓的球體小生物(也就是酵母菌);而那些發酵失敗、變酸的酒液中,則可以看見一種又細又長的桿狀小生物(乳酸菌是也)。

乳酸菌平常也許是不錯的東西,但要是跑到酒裡面可就不好了。圖/envatoelements

抓出讓酒精變質的小小兇手

一八五七年八月,巴斯德發表了他的研究成果,這篇論文,可以說是現代微生物學的開山之作。論文中指出,發酵,是涉及某些特定的細菌、黴菌、酵母菌等微生物的活動。

這些研究不僅拯救了釀酒業,也影響著食品業與醫藥產業。當時的科學界一度認為,發酵與食物腐敗、傷口發炎等現象,是可以畫上等號的,因此啟發了一名外科醫師的抗菌革命之路(這段故事我們後面再聊,先賣個關子)。

回到釀酒業的危機處理之上,雖然揪出了讓酒變酸的凶手,但巴斯德的工作還沒有完成,還得找出一勞永逸的方法,才算是功德圓滿。

經過一番苦思冥想,巴斯德最後採用的是加熱滅菌法,這種方法,如今也被稱為「巴斯德消毒法」(pasteurization)。

我們都知道,加熱是個有效的滅菌方式,巴斯德將釀好的酒,短暫、而且小心翼翼的加熱,直到攝氏五十至六十度,藉此殺死那些可能讓酒變質的細菌。如此一來,不僅能讓酒長斯保存,也不會犧牲酒的口感,是不是很讚!

感謝巴斯德讓我們今天能喝到沒有壞掉的酒。圖/聚光文創

陷入絕境的養蠶業:蠶寶寶為什麼會生病?

感謝飛天小女警,啊不,是巴斯德的努力,一天又平安的過去了,釀酒業終於恢復了平靜。然而,一八六五年,法國農村再次遭遇危機。

雍容華貴的絲綢,是廣受貴族喜愛的高級布料,養蠶、攪絲、織布,也是當時法國農村的一大主力產業。沒想到,一種傳播快速、並且容易致死的疾病,卻在蠶寶寶界蔓延開來,蠶農們對此束手無策,養蠶業因此陷入絕境。

在昔日師長的建議之下,巴斯德決定投身於蠶病研究,為蠶寶寶尋得一線生機。

在此之前,他並沒有養過蠶,也缺乏相關知識。於是他動身前往法國南部,花了五年的時間,在第一線的蠶病疫區進行研究。

透過顯微鏡,巴斯德在病蠶的身體裡,發現了一些微小的病原體。

不曉得大家小時候有沒有養過蠶寶寶呢?圖/envatoelements

同樣的,溯源之後還得找出根治方法,巴斯德除了研究鑑定方法,以幫助蠶農辨認染病的蠶寶寶之外,也建議蠶農對病蠶進行隔離。

篩檢與隔離,加上選擇性育種與提高蠶群的清潔度,巴斯德提出的「蠶界防疫新生活」,不但拯救了無數蠶寶寶的性命,也讓瀕臨崩潰的法國絲綢獲得喘息。

在釀酒業與養蠶業分別取得成功之後,巴斯德於是將目光從經濟產業轉向醫療產業。

這些肉眼看不見的微生物,既然可能讓酒變酸,也可能讓蠶生病,是不是也可能引發人類的疾病?如果真是如此,只要知道如何躲避生物的攻擊,或許就能增加戰勝疾病的可能性。

大家努力待在家防疫的時候也別忘了記得動一動。圖/聚光文創

──本文摘自《厲害了,我的生物》,2022 年 9 月,聚光文創,未經同意請勿轉載。

所有討論 1
聚光文創_96
6 篇文章 ・ 2 位粉絲
據說三人出版社就算得上中型規模,也許是島嶼南方太過溫暖,我們對出版業的寒冬始終抱持著浪漫與天真。 作者們說,出版市場很艱困,但我們依然想在翻譯領軍的文學市場中,為本土的作者、原創故事發聲。 喜歡做為升學孩子減輕壓力的書,不要厚重百科類型、沒有艱澀的專有名詞,很多重大發現的背後故事更值得我們好好品味。

2

5
4

文字

分享

2
5
4
肉眼可見的「微生物」!科學家發現有史以來的最大細菌,平均長度大於 0.9 公分
細菌姐姐
・2022/07/25 ・2659字 ・閱讀時間約 5 分鐘

最近在《科學》(Science)期刊中刊出了一篇震驚微生物界的新發現!科學家們發現肉眼可見的超大細菌!

科學家找到了用肉眼就可以觀察到的細菌。圖/envato

從國中的生物課我們就學過,細菌是肉眼看不到的,必須透過顯微鏡才能觀察。細菌的大小,一般而言的認知是微米級(micrometer, μm),多數細菌的單一細胞直徑約為 2 微米左右。

然而,科學家們從美國紅樹(Rhizophora mangle)腐爛的葉子表面發現了一種很特殊的細菌 Candidatus Thiomargarita magnifica,它的細胞直徑平均大於 9000 微米( 0.9 公分)那麼這個「公分級(centimeter, cm)」的超巨大細菌究竟是何方神聖?

為什麼這個細菌可以這麼大?這麼大的細菌還算是微生物嗎?讓我們來一探究竟!

巨大細菌家族

其實早在 20 世紀中期就有許多巨大細菌的紀錄,例如芽孢桿菌綱 (Bacilli)中的幾種細菌、Sporospirillum屬和梭孢菌屬(Fusosporus)的細菌。然而,許多菌株在保存中遭到污染或是遺失,導致許多菌株沒辦法再取得,使得先前對於巨大細菌的研究資料非常有限。

目前已知的巨大細菌家族,包含:

  • 螺旋菌門(Spirochaetes),最長菌株紀錄為 300 微米。
  • 厚壁菌門(Firmicutes)中 Epulopiscium 屬的細菌,最長菌株紀錄為 600 微米左右。
  • 藍菌門(Cyanobacteria),最長菌株紀錄為 100 微米。

除此之外,許多硫化菌也常為巨超大細菌,例如變形菌門(Proteobacteria)中的 Beggiatoa 屬與 Thiomargarita 屬,也分別有超過 200 微米與、300 微米的紀錄。

細菌雖然有很多 200、300 微米的紀錄,但能夠長到 9000 微米是首次觀察到。圖/envato

到此,你應該清楚地發現,在 Candidatus Thiomargarita magnifica 被發現以前,在已知的細菌中,幾乎沒有長度超過 1000 微米,甚至接近 10000 微米的紀錄。

為什麼巨大細菌可以這麼大?

許多巨大細菌都有一個共通點:在細胞中央有一個超大的液胞 (vacuole),這個液胞內儲存的物質目前學界推測主要是硝酸鹽(nitrate)。

細菌的細胞生長往往高度依賴化學滲透作用,所以距離越遠,滲透作用越受限,因此細菌細胞沒辦法長得太大;然而,超大的液胞擋在細胞中央的話,這樣一來,化學滲透的傳導媒介的空間變小,細菌生長的限制就變小了!

既然這個新發現的超巨大細菌有辦法長得這麼大,細胞大小比一般的真核生物細胞(真核生物的細胞大小一般為 10-20 微米左右)還大,甚至還具有類似真核生物的液胞胞器(多數原核生物沒有液胞)。

那麼,這樣的細菌在演化上是否和真核生物具有某些相似之處呢?

超大液胞的巨大細菌:擁有真核生物特色的原核生物

從許多方面來看,巨大細菌確實具有許多類似真核生物的構造和特色。

除了細胞中央具有超大液胞之外,有趣的是,在許多巨大細菌中經常會發現,細胞之中具有特化獨立細胞膜的胞器(organelle),這個胞器內具有遺傳物質(如 DNA)和核醣體,科學家們推斷這疑似是原始的內共生構造(putative symbiont / intracytoplasmic structures)。

穿透式電子顯微鏡下菌大細菌的細胞:細胞膜(大箭頭)外為細胞壁(星形)、每個胞器被膜區隔(小箭頭),胞器內有多個囊泡(米字)。圖/參考資料 3

在此之前,基本上未曾在細菌或古菌的細胞中發現這種類似於真核細胞才具有的,可以同時獨立儲存遺傳物質和核醣體的有膜胞器。

註:細菌是原核生物,理論上不具有獨立細胞膜的胞器。

不僅是細胞內結構類似於真核生物,這個超巨大細菌 Candidatus Thiomargarita magnifica 的基因體非常的大,大小約為 1150 萬到 1220 萬個鹼基左右。其基因體大小幾乎和屬於真核生物的酵母菌(Saccharomyces cerevisiae,基因體大小約為 1210 萬個鹼基)所差無幾。

更甚者,在這株細菌上觀察到具有兩種不同的生長階段:生長期和傳播期(dispersive stage)。

生長期會慢慢長成細長類似於菌絲(filament)的形式,而傳播期間菌絲尖端(apical bud)的細胞會開始脫落以利散佈到環境之中,這樣的狀況和許多真菌傳播孢子(spore)的方式極為類似。

至於巨大細菌會不會是原核細胞演化成真核細胞過程中的過渡階段,可能還需要更多的研究進一步證實;但無庸置疑的是,巨大細菌確實擁有許多真核生物所具有的特色

這麼大的細菌,還算是微生物嗎?

什麼是微生物(microorganisms / microbes)?

在很早以前的微生物定義一般而言是:需要透過顯微鏡才能觀察到的微小生物,稱之「微生物」。

隨著科學演進,定義持續在修正,廣義的微生物包含:細菌(bacteria)、古菌(archaea)、真菌(fungi)、原生生物(protists)、病毒(viruses)等的微小生物。

其中,尤其是原核生物,之所以會這麼小,有很大的原因和細胞內營養傳遞受限於化學擴散作用,如果細胞太大,那養分運送時間就相對會拖得很長,不太可能在短期內快速繁衍,因此多數原核生物的細胞都非常的小。

但是,讓科學家意想不到的是,細菌竟然演化出了克服化學擴散作用,並且在高硫化物環境下生存的方式,進而演化出超大的細菌細胞。

從親緣關係上來看,這樣的巨大細菌是這些身為「微生物」的一般細菌的近親,理論上也算是「微生物」;但如果是從最早的微生物定義來看,這樣的細菌已經不再是「小到需要透過顯微鏡才能觀察到的生物」。

除了巨大細菌以外,其實,像是我們常見的麵包上的黑黴菌(bread mold,一種真菌)、或是森林裡的黏菌(slime mold,一種原生生物) 我們也都可以直接看到,但是兩者也都是普遍被認為的「微生物」。

麵包上會長一些黴菌。圖/維基百科

這麼大的細菌、真菌、和原生生物,「既可以是微生物,也不是微生物」,主要取決於定義的角度。

讀到這裡的你,也許會重新反思我們從小學習的細菌認知。

細菌依舊無所不在,但卻不一定是看不到的存在。

參考資料

  1. Levin PA. (2022). A bacterium that is not a microbe. Science 376 (6600): 1379-1380, doi: 10.1126/science.adc9387
  2. Ionescu, Danny and Bizic, Mina (July 2019). Giant Bacteria. In: eLS. John Wiley & Sons, Ltd: Chichester. doi: 10.1002/9780470015902.a0020371.pub2
  3. Volland J-M, Gonzalez-Rizzo S, Gros O, Tyml T, Ivanova N, Schulz F, Goudeau D, Elisabeth NH, Nath N, Udwary D, Malmstrom RR, Guidi-Rontani, Bolte-Kluge S, Davies KM, Jean MR, Mansot J-L, Mouncey NJ, Angert ER, Woyke T & Date SV. (2022). A centimeter-long bacterium with DNA contained in metabolically active, membrane-bound organelles.  Science 376: 1453-1458, doi: 10.1126/science.abb2634
  4. Willey, J., Sherwood, L. and Woolverton & C. (2013). Prescott’s Microbiology:9th Revised edition. London: MCGRAW HILL HIGHER EDUCATION. 
所有討論 2
細菌姐姐
2 篇文章 ・ 0 位粉絲
一位熱愛細菌學和微生物生態學研究的研究生,尤其喜歡細菌和其他微生物或動植物之間的互相依靠或是激烈戰爭。 總覺得微生物和動植物的互動和人類的社會很像。期待透過科普的文字將更多人感染成細菌學和微生物學愛好者。