一種具有多種習慣的社會細菌

許多生命系統(tǒng)具有基本的合作能力。植物和動物由數(shù)十億個細胞組成，這些細胞彼此交流，執(zhí)行特定任務并分享其資源。許多單細胞微生物以類似的多種方式合作：它們形成群落并在彼此之間交換有用的基因和資源。

微生物Myxococcus xanthus特別合作。它被發(fā)現(xiàn)于世界各地的土壤中，被科學家用作研究微生物發(fā)育和合作的模式生物。這種捕食性細菌的細胞形成合作群體，它們聚集在一起并捕殺土壤中的其他微生物。為了作為一個整體移動，它們分泌潤滑物質(zhì)并拋出附著在周圍表面和其他細胞上的附屬物，當它們收回這些附屬物時將它們向前移動。當食物變得稀缺時，成千上萬的這些細菌聚集成子實體并形成靜止的孢子，使它們能夠抵抗饑餓和干旱。

密切相關，但又非常不同

研究人員以前有理論上的理由認為自然界中的微生物合作群體通常可能是社會同質(zhì)的，因為這可以防止細胞之間的沖突破壞合作。已經(jīng)證明來自不同群體的遺傳上不同的個體經(jīng)常避免，阻礙甚至相互對抗。蘇黎世聯(lián)邦理工學院綜合生物學研究所Gregory Velicer教授研究小組講師SébastienWielgoss說：“我們對自然界中這些社會細菌的合作群體中遺傳組成的了解非常有限。”

與他們的同事一起，Wielgoss和Velicer更仔細地研究了土壤中相同的M. xanthus子實體組成員之間的遺傳關系。他們使用世界上**的M. xanthus菌株之一，由Velicer在他的實驗室冰柜中保存。

在最近發(fā)表在“科學”雜志上的一項研究中，研究人員利用遺傳分析表明，雖然土壤細菌M. xanthus的合作群體確實由密切相關的細胞組成，但在個體子實體群體中發(fā)現(xiàn)的遺傳類型和社會行為的種類數(shù)量出乎意料地高了。研究人員推斷，這些多樣化細胞系的集合可以保持數(shù)百代的完整。

選擇社會基因

在他們的研究中，研究人員調(diào)查了最近從一個共同祖先下降的細胞群。突變在這些群體中形成了各種與社會不同但密切相關的細胞系，其不同的特征是它們的群集速度或它們在子實體內(nèi)產(chǎn)生的孢子數(shù)量不同。

某些形式的多樣性對集團生產(chǎn)力構成威脅。例如，個體細菌可能表現(xiàn)出“作弊”行為：它們在利用其他成員和降低群體功能的同時對該群體貢獻很小。“然而，與這些相同群體的行為研究并沒有發(fā)現(xiàn)這種社會破壞性的作弊，”Wielgoss說。相反，雖然大多數(shù)群體在遺傳和社會方面具有高度多樣性，但觀察到的多樣性似乎并未破壞群體一級的合作職能。

研究人員將這種高度多樣化的行為模式歸因于進化選擇，這種選擇側重于控制細菌社會習慣的少數(shù)“社會”基因。自然選擇所偏好的這些“選擇熱點”中的突變導致各種行為變化，產(chǎn)生具有不同水平的孢子產(chǎn)生和蜂群速度的多樣化細胞社會。研究人員推測，同一組中不同的系可能在合作狩獵能力方面也有所不同，盡管在本研究中未對此進行測試。

Wielgoss解釋說，自然選擇可能有利于多種細胞系的某些組合而不是其他組合甚至是同質(zhì)組：“具有大量行為特征的細胞群可能更有效地響應環(huán)境變化。它們通常比同質(zhì)細胞群更具進化成功一切都表現(xiàn)得一樣。“文化多樣性”似乎在細菌社會群體中相當頻繁。“

了解細胞合作

微生物是無所不在的。它們在我們的日常生活中發(fā)揮著重要作用：作為腸道菌群的幫助者，病原體或食品生產(chǎn)中的代理人。許多人也在自然界中組合成細胞群。研究人員認為，對合作土壤細菌的遺傳和行為特性的這些新見解可能有助于我們了解其他類型細菌的合作，包括感染免疫受損患者并導致嚴重長期感染的重要病原體銅綠假單胞菌。