本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
就像一堆蒸汽騰騰的熔岩或融化冰川下的潮溼土壤一樣，剛剛清洗過的船體對新的生命具有磁鐵般的吸引力。最先加入這場盛宴的是微生物，例如假交替單胞菌，這種細菌因其在實驗室培養皿中將自身染成黃色和紫色的奇特習性而得名。
但這場盛宴卻是個問題，因為假交替單胞菌和類似的微生物會引發連鎖反應，導致船體再次長滿藤壺、管蟲和其他有害的結殼生物。
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無論您是 17 世紀的私掠船船長、20 世紀的朗姆酒走私者，還是 21 世紀駕駛航空母艦的水手，這都是壞訊息。這是因為這些生物實際上會產生阻力，並可能導致皇家海軍或聯邦政府的逮捕，或者浪費數百萬美元的燃料來推動這些搭便車者在水中前進。
但關於假交替單胞菌最引人注目的不是它引發的生長會讓男子健發俱樂部都嫉妒，而是如何做到這一點，至少對於附著在船上的管蟲秀麗隱杆線蟲來說：假交替單胞菌構建了帶刺的花朵，這些花朵由可注射的病毒尾部組成，並透過複雜的六邊形網格連線在一起，幼年管蟲以某種方式利用這些結構來探測它們的著陸點。
在這段影片中，顯微鏡在細菌細胞的連續層中放大和縮小，計算機重建圖疊加在上面，幫助您瞭解該結構在 3D 中的外觀。
沒有人能夠理解它們為何要構建和釋放這些由明顯從攻擊細菌的病毒那裡竊取的成分構建而成的帶刺花朵。這些神秘結構以某種方式被海洋管蟲用來感知它們何時到達了裸露的船體這一殖民的樂土，並觸發它們從漂流的幼蟲到合適的定居幼年管蟲的變態。生物世界充滿了奇怪的進化迂迴，但即使以我的標準來看，這也非常離奇。
秀麗隱杆線蟲不是您聽說過的那種管蟲——那種巨大的、身體呈鮮紅色的管蟲，它們生長在噴湧著滾燙黑煙的性感熱液噴口周圍。秀麗隱杆線蟲更像是一種藍領管蟲。
為了顯示比例，這裡是它們在喬治·華盛頓頭像旁邊擺姿勢。
它像其他管蟲一樣生活，以漂流的幼蟲開始生命
最終變態成幼年管蟲，
安頓下來，長出管子，並將羽毛狀的進食觸手伸入水中，以抓住海洋可能帶來的任何美味碎屑。當它決定傳宗接代時，它會盡職盡責地將卵子或精子（視情況而定）釋放到水中，然後繼續它的生活，直到死神降臨。
雖然它們很小而不起眼，但仍然非常美麗。如果您殘忍地將其中一個從管子中拉出來，它看起來像這樣
但是，幼蟲如何做出最終的承諾：在哪裡粘住它的管子？似乎，它會尋找已經為它做出決定的細菌，並將它們用作標記。科學家們此前已經確定，假交替單胞菌的某些東西——特別是其基因製造的某些東西——可以觸發秀麗隱杆線蟲的變態。然後在去年，加州理工學院和夏威夷大學馬諾阿分校的科學家報告稱，假交替單胞菌製造的上述奇怪的帶刺陣列對於管蟲幼蟲的定居是必要的，儘管可能不是充分的條件。
為了瞭解更多資訊，他們研究了這些奇怪結構的結構、外觀和功能。這些陣列包含約 100 個類似皮下注射針的結構，這些結構實際上是噬菌體的基板、尾部和尾纖維，噬菌體是攻擊和殺死細菌的病毒，並以其與阿波羅時代登月艙的相似性而聞名。這些病毒以險惡的方式利用這些尾部將其 DNA 注射到毫無戒心的宿主細菌中。
“Tevenphage”，作者：Adenosine（原始）；en:User:Pbroks13（重繪）– http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Tevenphage.png。根據 CC BY-SA 2.5 透過 Wikimedia Commons 獲得許可。
不知何故，這些細菌竊取了用於製造注射尾管、尾纖維和基板的基因，但沒有竊取多面體頭部的基因。一旦組裝成半個病毒，它們就會將它們倒置，並將它們連線成半球形陣列，這些陣列在相當無定形的基部連線在一起，然後在末端透過它們的尾纖維和一種尚未確定的蛋白質重新連線成六邊形網格或晶格。科學家發現，如果沒有用於鞘、管和基板的基因，假交替單胞菌就無法在實驗室中誘導秀麗隱杆線蟲發生變態。科學家們將這些結構稱為“MAC”（變態相關收縮結構），因為它們對管蟲幼蟲有影響。據他們所知，以前從未見過這種結構。
這是一段沒有疊加計算機重建圖的影片，因此您可以更好地瞭解它們在顯微鏡下的外觀。
奇怪的是，細菌似乎只在自殺和破裂之前才產生複雜的結構——而且它們似乎儘可能多地將這些結構塞滿細胞——從而將這些結構釋放到環境中。實驗室種群中只有約 2.4% 的細胞會這樣做。MAC 陣列在細胞內部比外部更緊密地堆積，暗示它們在細胞死亡和分解時會膨脹。此外，在測試中，即使在沒有活的假交替單胞菌細胞的情況下，溫和純化的 MAC 陣列也能夠誘導秀麗隱杆線蟲發生變態。
在下面的圖中，黃色圓形部分是 MAC 陣列的基部。病毒基板看起來像一張栗色的桌子，而橙色的尾纖維向後指向並看起來像是手牽著手。
陣列中的單個病毒尾管可以移動，就像它們在注射噬菌體病毒中一樣，並且在幾個位置被發現。管子本身實際上由兩個單元組成：一個內部射彈管（可以將其視為矛）和一個外部鞘（矛發射器）。通常，鞘會收縮以彈出管子，從而將病毒的 DNA 插入宿主。在這種情況下，至少據我們所知，沒有 DNA。
管子可能在沒有鞘 (T) 的情況下存在，或者完全包裹在鞘 (E) 中，鞘可能已經收縮但管子沒有移動 (J)，或者從收縮的鞘 (C) 中伸出，或者鞘可能已經收縮但內部根本沒有管子 (S)。位置 T 可能只是半成品 MAC。位置“E”可能是完全武裝和可操作的配置，而 C 和 S 代表成功發射，其中管子在部署後仍留在原位或完全清除了鞘。Js 可能代表卡頓或啞火。字母旁邊的數字表示在他們的樣本中每種配置被計數的次數。
這是這些可能性在顯微鏡下的樣子。它們具有與上圖相同的標籤（T、E、J、C 和 S）。此外，您還可以清楚地看到病毒基板 (B) 和尾纖維 (TF)。當鞘收縮時，其表面紋理呈螺旋狀，而當伸展時，它看起來是均勻的。您可以在上圖和下圖照片中看到這一點。
那麼這東西到底是幹什麼用的呢？簡短的回答是：我們不知道。
正如我之前提到的，帶刺的 MAC 陣列是由細菌在死亡前製造的。當細胞死亡和破裂時，陣列被釋放到環境中並膨脹，類似於發射的衛星到達太空後展開的方式。我們不知道細菌為什麼要製造它們。我們也不知道秀麗隱杆線蟲究竟是如何與它們相互作用的。
不過，科學家們有一些假設。透過六邊形網格將纖維連線在一起可能使 MAC 陣列能夠協調其發射，並在每次撞擊時傳遞最大的衝擊力；在科學家們觀察到的發射陣列中，所有發射的纖維都物理地聚集在一起。
一定存在強大的進化壓力，促使假交替單胞菌形成 MAC 陣列——製造它們需要付出最終的代價：自殺。細菌製造它們的目的可能與管蟲利用它們的目的完全無關。細菌擁有病毒基因和它們從中製造的噬菌體片段實際上並不罕見。它們經常利用這些片段來刺傷和殺死其他細菌。因此，該團隊將假交替單胞菌 MAC 提取物放入裝有相關細菌的容器中，以檢視它們是否可以殺死這些細菌。它們不能。然而，可能存在其他型別的 MAC 或其他條件，在這些條件下它們可以做到。
誘導管蟲在附近定居可能對細菌有何益處，或者是否有益處，也遠不清楚。MAC 以前曾被發現與動物相互作用。細菌 MAC 會導致草地蠐螬食慾不振，並能殺死蠟蛾。但所有已知的 MAC-動物相互作用都會傷害相關動物，因此 MAC 花朵-管蟲關係在這方面也是新的。假交替單胞菌還會誘導珊瑚和海膽幼蟲變態。
最後，重要的是要注意，假交替單胞菌是微生物群落的一部分，該群落在海洋中任何新暴露的堅硬表面（無論是船體還是裸露的岩石）上形成表面“生物膜”，並且如前所述，它們為各種無脊椎動物產生誘導變態的訊號。因此，這個過程——在船舶上被輕蔑地稱為“生物汙損”——實際上對於建立健康的珊瑚礁和保持海洋平穩執行至關重要。
因此，我們自己將閃亮的船體放入旨在立即征服它們的有機湯中是我們的錯。但是，通過了解像 MAC 陣列這樣觸發結殼生物蜂擁而至的過程和結構，我們最終可能會找到一種簡單而優雅的方法來阻止這一過程，從而節省大量資金和不必要的二氧化碳排放。為這項關於美麗的、默默無聞的亞細胞結構的研究提供資金的機構之一，該結構與微小的管蟲進行著某種驚人的進化探戈，正是美國海軍。
參考文獻
Shikuma NJ、GL Weiss、MG Hadfield、GJ Jensen 和 DK Newman (2014)。Marine Tubeworm Metamorphosis Induced by Arrays of Bacterial Phage Tail-Like Structures，《科學》，343 (6170) 529-533。DOI：http://dx.doi.org/10.1126/science.1246794