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海洋是高度動態的棲息地：營養物質從河流湧入，但在隨後的幾天或幾周內逐漸減少；洋流改變水域的混合；石油洩漏突然使數億升碳氫化合物可供食用。在沒有性行為的情況下——而且許多細菌非常感謝沒有性行為——海洋微生物更難混合並獲得對種群成功至關重要的遺傳多樣性。那麼，如何在不等待物種漫長而緩慢的突變過程的情況下快速適應呢？答案就是所謂的水平基因轉移（HGT）——它實際上包含許多使細菌能夠交換遺傳密碼的過程。
南佛羅里達大學的海洋生物學家勞倫·麥克丹尼爾和她的同事測試了九種α-變形菌的基因轉移能力。這些特定的細菌菌株具有所謂的“基因轉移因子”（GTA），或者如麥克丹尼爾所稱的“小型基因逃生艙”。本質上，包括Rhodobacter capsulatus、Roseovarius nubinhibens ISM 和 Reugeria mobilis 45A6 在內的細菌可以建立遺傳物質包，然後將它們噴射到周圍的水域中。
根據發表在10月1日《科學》雜誌上的研究結果，這些包隨後被它們的同類細菌吸收並整合到它們自己的遺傳密碼中。“這些顆粒能夠將基因從供體菌株轉移到野生型細菌菌株以及自然種群，”麥克丹尼爾解釋說。
事實上，野外的細菌——研究人員測試了沿海、河口、珊瑚礁和公海環境中的微生物——它們的 DNA 非常混雜，忙於將基因轉移到不僅是它們自己的物種，還有其他密切相關的細菌，甚至其他屬。它們的轉移頻率也比之前估計的其他基因轉移方法（例如透過噬菌體或細菌病毒，人類基因轉移因子也使用這種方法，也稱為合成生物學家）高出數千到數億倍。“研究的其他基因轉移過程更多的是‘偶然’的基因轉移方法，”麥克丹尼爾說。“這種機制似乎更‘有意’，因為它受宿主啟動子的控制。”
儘管如此，達爾豪西大學的分子生物學家福特·杜利特爾表示，考慮到轉移的 DNA 片段很短，長度約為 500 到 1,000 個鹼基對，這種基因轉移因子的總體影響可能有限。已知最小的基因組，或完整的遺傳指令集，大約有 100 萬個鹼基對長——這是Mycoplasma mycoides（一種山羊病原體）的遺傳藍圖。“GTA 很有趣，因為它們不會優先傳遞製造 GTA 的基因，而且很難看出自然選擇如何有利於它們的存在，”他補充道。
儘管如此，這種水平基因轉移是細菌進化武器庫中的一種強大武器。“真正新穎的基因可以立即被吸收。這就是為什麼我們會有抗生素耐藥性超級細菌，”杜利特爾說。事實上，細菌基因組測序表明，這種基因轉移是當今微生物中存在的許多基因的原因。“許多人已經接受 HGT 對海洋微生物適應非常重要。”
而且不僅僅針對細菌。鑑於如此大量的遺傳包——以及病毒、質粒和其他遺傳物質碎片——海洋可以被視為有點像微生物 DNA 湯。麥克丹尼爾和她的同事進行的一些初步實驗表明，這種基因轉移因子的存在有助於增加在特定珊瑚礁上定居並建立新家園的新珊瑚幼蟲的數量。“這只是非常初步的工作，”她說。“但這非常令人興奮。”