細菌可能是古老的生物,但不要稱它們為原始生物。儘管是單細胞生物,它們也能集體行動——與鄰居分享營養,與同伴協調移動,甚至為了菌落的更大利益而自我犧牲。從細胞到細胞傳播的分子能夠實現這種群體行為,這種訊號傳遞過程被稱為群體感應。現在,新的證據表明,細菌可能還有另一種“交談”方式:透過電訊號進行交流——這種機制 ранее 被認為僅發生在多細胞生物中。
2010年,分子生物學家居羅爾·敘爾(Gürol Süel),當時還在加州大學聖地亞哥分校,開始研究一種名為枯草芽孢桿菌的土壤細菌如何生長成超過一百萬個細胞的大型群落並仍然茁壯成長。他和他的同事發現,一旦菌落達到臨界大小,外圍的細菌就會停止繁殖,以便為核心細胞留下充足的營養供應。
但這一觀察結果引出了一個問題,即邊緣細胞如何接收到停止分裂的訊號。在最近的一項後續研究中,敘爾發現,在這種情況下,細胞間訊號實際上是電訊號。資訊透過離子通道傳播,離子通道是細胞表面的蛋白質,控制帶電粒子(在本例中為鉀離子)進出細胞的流動。這些通道的開啟和關閉可以改變相鄰細胞的電荷,誘導它們釋放這些粒子,從而將電訊號從一個細胞傳遞到下一個細胞。“我們早就知道細菌有離子通道,人們也為它們分配了不同的功能,但都只是在單個細胞的背景下,”敘爾說。“現在我們看到,它們也被用來協調數百萬細胞的行為。”這項研究發表在《自然》雜誌上。
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這種型別的電訊號傳導也是我們大腦中神經元傳遞資訊的方式。因此,這項發現和其他發現正在促使科學家重新評估他們對單細胞生命的假設。“細菌一直被認為是受限的,因為它們不是多細胞的,”德克薩斯農工大學的生物學家史蒂夫·洛克萊斯(Steve Lockless)說,他沒有參與這項研究。但隨著單細胞生物越來越多地提供多方面行為的證據,情況可能很快就會改變。