細(xì)菌的大小一直以來(lái)都是微生物學(xué)研究的一個(gè)核心問(wèn)題，傳統(tǒng)觀念認(rèn)為，細(xì)菌的大小受到細(xì)胞的物質(zhì)輸送和代謝限制，無(wú)法像真菌一樣長(zhǎng)成粗壯的菌絲體。然而，最近，一項(xiàng)關(guān)于細(xì)菌異常巨型化的研究結(jié)果卻打破了這一傳統(tǒng)觀念。

據(jù)研究人員披露，他們通過(guò)對(duì)一種常見(jiàn)的土壤細(xì)菌的基因組進(jìn)行改造，成功讓這一細(xì)菌長(zhǎng)成了2cm的長(zhǎng)度，成為了迄今為止已知最長(zhǎng)的細(xì)菌之一。

細(xì)菌無(wú)法長(zhǎng)成“粗菌”的原因

(相關(guān)資料圖)

“粗菌”，指的是菌落在培養(yǎng)皿上生長(zhǎng)過(guò)程中出現(xiàn)的比較大的殘余菌落，常常是細(xì)菌群體中的一名或幾名細(xì)菌無(wú)法被抑制，而持續(xù)繁殖生長(zhǎng)的結(jié)果。相比“細(xì)胞細(xì)小”的細(xì)菌，粗菌通常生長(zhǎng)得更加茂密、厚重，給觀察和實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了一定困難。

在自然環(huán)境和實(shí)驗(yàn)室中，卻很少發(fā)現(xiàn)細(xì)菌生長(zhǎng)出粗菌的情況。這是因?yàn)?，?xì)菌無(wú)法長(zhǎng)成“粗菌”，反而會(huì)出現(xiàn)衰竭和死亡。那么，這個(gè)現(xiàn)象背后有什么原因呢？

細(xì)菌的生長(zhǎng)需要消耗營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，例如碳水化合物、蛋白質(zhì)和氮等元素。當(dāng)一個(gè)細(xì)菌菌落內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)充足時(shí)，細(xì)菌可以在這個(gè)環(huán)境下繁殖生長(zhǎng)，達(dá)到一定的密度。但如果營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足，則細(xì)菌的生長(zhǎng)速度會(huì)減緩，細(xì)菌數(shù)量也不會(huì)繼續(xù)增加，這也就是通常所說(shuō)的“營(yíng)養(yǎng)不足抑制效應(yīng)”。

細(xì)菌在生長(zhǎng)過(guò)程中還需要釋放出一定的代謝產(chǎn)物，例如酸、堿、廢氣等。如果這些物質(zhì)不能被及時(shí)排除，細(xì)菌群落內(nèi)的環(huán)境會(huì)變得不適宜于細(xì)菌繼續(xù)繁殖生長(zhǎng)。特別地，許多細(xì)菌的代謝過(guò)程還會(huì)產(chǎn)生有毒或殺菌的化合物，這些物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌自身被殺死。

在自然環(huán)境中，細(xì)菌還面臨著復(fù)雜的生存競(jìng)爭(zhēng)。細(xì)菌之間不僅會(huì)互相競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生存空間，還會(huì)產(chǎn)生相互作用或競(jìng)爭(zhēng)的化學(xué)信號(hào)，例如細(xì)菌素等。這些化學(xué)信號(hào)會(huì)影響細(xì)菌的生長(zhǎng)和代謝，并且可能導(dǎo)致細(xì)菌無(wú)法形成粗菌，被其他細(xì)菌群體所代替。

在實(shí)驗(yàn)室中，人工培養(yǎng)的細(xì)菌群落中，同樣也存在類(lèi)似于營(yíng)養(yǎng)不足和代謝產(chǎn)物共存的問(wèn)題，而實(shí)驗(yàn)室環(huán)境還可能存在抗生素等殺菌劑的影響。因此，即使在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下添加了適宜的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，細(xì)菌也難以生長(zhǎng)成粗菌。

新發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)2cm的細(xì)菌是如何形成的

新發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)2cm的細(xì)菌是一個(gè)令人震驚的消息。畢竟，細(xì)菌是微生物世界中最簡(jiǎn)單的生物之一。通常情況下，它們只有幾微米大。然而，這條長(zhǎng)達(dá)2cm的細(xì)菌是如何形成的？這是一個(gè)值得探究的問(wèn)題。

我們需要了解細(xì)菌的基本結(jié)構(gòu)。細(xì)菌由單一的細(xì)胞組成，其形狀可以是球形、棒狀或螺旋狀。細(xì)菌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)主要由細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、質(zhì)粒、核心基因組等組成。細(xì)菌生長(zhǎng)的方式有兩種：二分裂和發(fā)芽。

二分裂是指細(xì)菌細(xì)胞增長(zhǎng)到一定程度后，會(huì)分裂成兩個(gè)完全相同的細(xì)胞。這是一種非?？焖俸陀行У姆敝撤绞?，能夠使細(xì)菌數(shù)量在短時(shí)間內(nèi)大幅增長(zhǎng)。相較之下，發(fā)芽生長(zhǎng)則是指一個(gè)小細(xì)胞長(zhǎng)出一個(gè)分支，然后在分支上形成一個(gè)新的小細(xì)胞。發(fā)芽生長(zhǎng)通常是一種生長(zhǎng)速度較慢的方式，適用于一些對(duì)生長(zhǎng)速度不敏感的細(xì)菌。

對(duì)于一般的細(xì)菌而言，它們的生長(zhǎng)速度非?？?，且由于其微小體積，單個(gè)細(xì)菌的生長(zhǎng)長(zhǎng)度也通常不會(huì)超過(guò)幾微米。但實(shí)際上，有些特殊的細(xì)菌可以以一種不同尋常的方式進(jìn)行生長(zhǎng)，從而形成長(zhǎng)達(dá)幾厘米甚至幾十厘米長(zhǎng)的巨型細(xì)菌。這些巨型細(xì)菌普遍存在于水體和土壤等環(huán)境中。而這些環(huán)境恰恰提供了它們發(fā)展的土壤。

以下是造成細(xì)菌巨型化的三種最常見(jiàn)原因。

環(huán)境變化。環(huán)境的改變對(duì)細(xì)菌的影響很大。當(dāng)環(huán)境中的食物、水分和溫度等因素發(fā)生變化時(shí)，細(xì)菌會(huì)做出反應(yīng)以適應(yīng)這些改變。對(duì)于一些特殊的細(xì)菌而言，環(huán)境的變化可能會(huì)引起它們的生長(zhǎng)狀態(tài)，使得它們極速擴(kuò)張并變得異常巨大。

基因變異。細(xì)菌的基因組對(duì)細(xì)菌的大小和生長(zhǎng)方式有著很大的影響。一些自然或人工的基因突變可以引起巨型細(xì)菌的形成，從而使其變得異常龐大。而這種情況在實(shí)驗(yàn)室里很容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榭茖W(xué)家可以通過(guò)人工干預(yù)細(xì)菌的基因來(lái)改變細(xì)菌的性質(zhì)。

合作生長(zhǎng)。有些特殊細(xì)菌物種可以通過(guò)合作生長(zhǎng)的方式形成長(zhǎng)達(dá)巨型細(xì)菌。這種合作可以是靠細(xì)菌相互融合或者通過(guò)一些分泌信號(hào)的方式來(lái)協(xié)調(diào)細(xì)胞的生長(zhǎng)。這樣做的好處是可以形成更加強(qiáng)大的生物體。最著名的例子便是鐵鏈菌和腸桿菌的合作生長(zhǎng)。

對(duì)長(zhǎng)達(dá)2cm的細(xì)菌的研究有何意義

細(xì)菌是人類(lèi)無(wú)法避免地與之接觸的微生物。無(wú)論在身體感染、食品加工、環(huán)境污染等方面，細(xì)菌都扮演著重要的角色。因此，對(duì)細(xì)菌的了解與研究對(duì)人類(lèi)健康與生活具有重要的意義。近年來(lái)，科學(xué)家對(duì)長(zhǎng)達(dá)2cm的細(xì)菌進(jìn)行了研究，并推動(dòng)了細(xì)菌學(xué)的新進(jìn)展。以下是對(duì)這項(xiàng)研究的評(píng)述。

2cm這一長(zhǎng)度的細(xì)菌是相當(dāng)長(zhǎng)的，超出了人們之前的認(rèn)知范圍?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，這類(lèi)細(xì)菌是暴露在土壤或水域中長(zhǎng)期生活的，它們能夠借助毛發(fā)狀突起滑動(dòng)，以便在水流或風(fēng)力的情況下進(jìn)行遷移。這種細(xì)菌的發(fā)現(xiàn)讓人們對(duì)細(xì)菌在環(huán)境中的生存和移動(dòng)方式有了新的認(rèn)識(shí)，也有助于在環(huán)境污染和保護(hù)等領(lǐng)域中采取更有針對(duì)性的措施。

由于長(zhǎng)達(dá)2cm的細(xì)菌擁有更多可供科學(xué)家研究的區(qū)域，因此對(duì)其結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行研究有助于深入了解微生物的生命機(jī)理。此前的細(xì)菌學(xué)研究曾經(jīng)認(rèn)為，對(duì)形態(tài)多樣的細(xì)菌進(jìn)行分類(lèi)比較困難。

而新近的研究表明，長(zhǎng)達(dá)2cm的細(xì)菌相對(duì)來(lái)說(shuō)個(gè)體較為簡(jiǎn)單，可以通過(guò)其形態(tài)、大小和分支來(lái)確定其分類(lèi)和親緣關(guān)系。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)并有助于進(jìn)一步探究細(xì)菌的生命周期、繁殖機(jī)制等方面的生物學(xué)問(wèn)題，對(duì)細(xì)菌學(xué)的基礎(chǔ)研究具有重要意義。

長(zhǎng)達(dá)2cm的細(xì)菌還有著不容忽視的應(yīng)用價(jià)值。對(duì)于微生物學(xué)研究和細(xì)菌藥物研發(fā)來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)長(zhǎng)的細(xì)胞體和豐富的細(xì)胞內(nèi)空間為藥物分子的擴(kuò)散和轉(zhuǎn)運(yùn)提供了更廣泛的空間和機(jī)會(huì)。此外，長(zhǎng)達(dá)2cm的細(xì)菌還可以為生物制造業(yè)和污染處理業(yè)提供便利。

在未來(lái)的生物工程中，我們可以通過(guò)利用這類(lèi)細(xì)菌的特殊形態(tài)和功能來(lái)改變或掌控其生物合成活動(dòng)，從而生產(chǎn)出各種工業(yè)化產(chǎn)品。另外，在污染處理方面，研究表明這類(lèi)細(xì)菌能夠吸附和分解重金屬離子，有望與植物、活性碳等污染清除劑合作，共同構(gòu)建高效的環(huán)境治理體系。

雖然這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)給我們帶來(lái)了新的想象空間，但對(duì)于細(xì)菌無(wú)法長(zhǎng)成“粗菌”的問(wèn)題，科學(xué)家們?nèi)孕柽M(jìn)行更深入的研究。我們對(duì)細(xì)菌的認(rèn)識(shí)還有很多未知領(lǐng)域，我們不能排除細(xì)菌在某些環(huán)境下可能會(huì)進(jìn)化成更大型的生物。

校稿：九月