多細胞性

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我最近痴迷於細菌的多細胞性。單細胞微生物不斷地與它們的鄰居相互作用,從同一物種的個體到來自不同生命領域的細胞,形成複雜的生物膜模式、複雜的營養共生關係和複雜的團塊

由多種不同物種組成的團塊和顆粒在許多有趣的環境中自發形成。在厭氧廢水汙泥反應器中,大的有機分子被細菌的聚集體分解。如果沒有這些團塊中細菌的緊密結合,許多化學反應將是不利的,在這些團塊中,不同物種之間可以自由交換代謝物。顆粒外部的細菌將較大的分子分解成酸,然後傳遞給其他消耗這些酸併產生氫氣和二氧化碳的物種。在顆粒的中心,產甲烷古菌消耗氫氣和二氧化碳以產生甲烷氣體。類似的微生物關係發生在牛的瘤胃中,只是產甲烷菌生活在較大的原生動物細胞的外部,產生牛屁的甲烷氣體,這是溫室氣體的重要來源。

開菲爾(一種起泡的酸奶狀飲料)中也發現了許多不同微生物物種的團塊。開菲爾是透過在海綿狀纖維基質上形成的酵母和乳酸菌顆粒發酵的。《大眾科學》上林恩·馬古利斯(Lynn Margulis)撰寫的一篇精彩的文章推測了開菲爾顆粒中多細胞生命和死亡的進化起源。


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開菲爾看起來像大凝乳乾酪,透過分裂生長。它發酵牛奶中的糖和蛋白質,製成酸奶狀飲料。當確保個體性的活躍代謝停止時,開菲爾凝乳會溶解並死亡,而不會衰老。在凝乳死亡後,開菲爾個體變成了發酵微生物的任意混合物,而不是形成每個凝乳的細菌和酵母的特定組合。就像我們從細菌之間的共生進化而來的原生生物祖先一樣,開菲爾個體來自於30種不同微生物的物理結合。這些酵母和細菌在每次分裂時都保持精確的關係,從而保持個體凝乳的完整性。

有關細菌多細胞性的更多精彩示例,請檢視詹姆斯·夏皮羅(James Shapiro)於1988年發表在《大眾科學》上的文章“作為多細胞生物的細菌”(PDF)。

Christina Agapakis is a biologist, designer, and writer with an ecological and evolutionary approach to synthetic biology and biological engineering. Her PhD thesis projects at the Harvard Medical School include design of metabolic pathways in bacteria for hydrogen fuel production, personalized genetic engineering of plants, engineered photosynthetic endosymbiosis, and cheese smell-omics. With Oscillator and Icosahedron Labs she works towards envisioning the future of biological technologies and synthetic biology design.

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