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细菌之间会沟通吗?它们是各顾各的,仍是有着清晰的团队协作?

在日常日子中,有没有问过你的女朋友“怎么了”,咱们这时分她的心境不是很好的话,那么你或许得到一个不耐烦的答复——“没怎么”!

人类进化出言语才能,这看似完美处理了沟通问题,但其实沟通比咱们幻想的要杂乱的多,即便仅仅一句简略的“没怎么”,都蕴藏着不同的信息。

咱们处于食物链的顶端,有着最兴旺的大脑和社会结构,但很明显,咱们很难把信息精确的传达给同类。

但是,有意思的是,最不起眼的单细胞细菌现已做到了这一点。

它们现已进化出一种完美调和的沟通方法,没有争辩,没有不合,仅仅以一种明晰的方法传达信息。

这些只要咱们一个细胞巨细的生物,没有耳朵和嘴巴,也没有解码信息的大脑,凭什么做得比咱们更好呢?

答案很简略,细菌运用化学物质彼此发送信息,这个进程被称为团体感应(QS)。

什么是团体感应?

许多细菌倾向于组成一群,共同完成它们的使命,它们在不同的团体密度下表现出不同的行为。

团体感应便是指他们都知道特定方位的团体有多大,然后激起一些被编入基因的团体行为。

这些团体行为包含生物发光(发生光)、抗生素出产、生物膜构成、宿主感染,乃至遗传信息沟通(结合)…….等等。

在上个世纪,科学家们对一种能发光的细菌感到困惑。

费氏弧菌是一种海洋发光细菌,能够漂浮在海水上或动物鳞片上。它们与许多不同的海洋动物有共生联系。

费氏弧菌供给这种光来交换食物和庇护所。在白日,它们宣布光来假装它们的寄主,而在晚上,它们让寄主很简略被看见,招引猎物。

但是,这些细菌只要在必定的种群密度的情况下才会发光,其时的科学家对此感到困惑,直到1970年,找到了答案——团体感应。

图为:鱿鱼与费氏弧菌的共生联系,它让鱿鱼发光

团体感应的机制

团体感应的关键是要有满足多的细菌集合在一起。每一个细菌都经过向周围环境开释一种称为主动诱导因子的特别信号分子来符号自己的存在,这些物质有点像动物的激素分子。

细菌自发地发生和开释这些主动诱导剂,它们经过分散的进程自由地进出细胞。跟着细菌持续繁衍和数量的添加,更多的信号分子被发生和开释到环境中。

一切的细菌都能经过其外表的受体感知到数量不断添加的信号分子,到达必定的浓度之后,细菌就会意识到需求开端做点什么了,比方费氏弧菌会发光。

这些信号分子有多种形式,发生和开释的类型取决于细菌的品种和要履行的使命。

以费氏弧菌为例,它们制作了一种叫做荧光素酶的特别发光酶。因为单个细菌不能发生满足的“光”,咱们只要一个细菌发光的话,不只不会有作用,还会浪费资源。

大自然是高效的,它对这些细菌进行了“编程”,使它们只要在数量满足多时才会发光。

费氏弧菌发生一种叫做AHL合成酶的酶。有了AHL合成酶后就会发生AHL (n -酰基高丝氨酸内酯),这是细菌开释到环境中的主动诱导剂。

跟着费氏弧菌数量的添加,AHL的数量也添加。终究,细胞外的AHL浓度大于细胞内的数量,导致浓度梯度反转,AHL回流到细菌细胞内。

一旦AHL开端回流到细胞内,它就会激活某些担任发生荧光素酶的基因。这便是为什么这种细菌只要在种群密度高的时分才会发光。

图为:团体感应导致发光所需基因的激活

还有其他的团体感应方法吗?

就像人类有不同的言语相同,细菌也有不同品种的信号分子。

细菌有两种:革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌。两者的首要差异在于细胞壁的厚度和组成。

团体感应的机制取决于细菌的这两种性质。革兰氏阴性细菌,如费氏弧菌运用主动诱导剂,AHL使用分散进入和脱离细菌的身体。

革兰氏阳性细菌的机制略有改动。它们的信号分子是肽,一种替代AHL的小串氨基酸。它们不是分散出细菌细胞,而是被输送泵推出去。

为什么细菌需求沟通?

例如,一种进入人体并开端表达其毒性(致病)基因的致病菌,会向宿主的免疫体系宣布警报,孤单细菌会遭到免疫细胞的冲击。

但是,经过团体感应,细菌能够等候,添加他们的数量,然后开释他们对身体的控制。

细菌一开端坚持安静,处于隐身形式,一起不断仿制。一旦细菌群落满足大,它就有信心向宿主的免疫体系建议进犯。犹如一声令下,一切致病菌都开端激活引发疾病所需的基因,并导致宿主患病。

另一个比如是一种十分群居的细菌——黄色粘球菌。这些细菌存在于土壤中,三五成群地寻觅食物。

当一片区域的食物耗尽之时,这些细菌就会在团体中传递信息,并开端集合在一起构成一个“子实体”,等候着被风带到其他食物丰厚的当地。

最终

生物的生计需求沟通,就连细菌这样的简略个别也不破例。

团体感应体系便是细菌遍及的沟通方法,作为单细胞生物,它们经过团体感应来和谐行为和作为一个团体多细胞单位的功用。

现在,科学家们正在尽力研讨怎么操作团体感应体系,期望未来能开宣布新的方法来对立疾病和添加抗生素的产值。

这个范畴在不久的将来或许对咱们会有很大的协助。

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