許多生命體都有基本的合作能力。植物和動(dòng)物由數(shù)十億個(gè)細(xì)胞組成，這些細(xì)胞相互交流，執(zhí)行特定任務(wù)，共享資源。許多單細(xì)胞微生物以同樣多方面的方式進(jìn)行合作：它們形成群落，相互交換有用的基因和資源。
黃色粘液球菌（Myxococcus xanthus，M. xanthus）尤其善于合作。在世界各地的土壤中都有發(fā)現(xiàn)，它已被科學(xué)家用作研究微生物合作和發(fā)展的模式生物。這種捕食性細(xì)菌的胞體形成了協(xié)同菌群，在土壤中聚集并獵殺其他微生物。
為了作為一個(gè)群體移動(dòng)，它們分泌潤滑物質(zhì)并釋放附著在周圍表面和其他微生物上的附著物，當(dāng)它們收縮這些附著物時(shí)向前移動(dòng)。當(dāng)食物變得稀缺時(shí)，數(shù)千種細(xì)菌聚集成一個(gè)子實(shí)體，形成靜止的孢子，使它們能夠抵御饑餓和干旱。
關(guān)系密切，但卻迥然不同
研究人員先前的理論認(rèn)為，自然界中合作的微生物群通常具有社會(huì)同質(zhì)性，因?yàn)檫@樣可以防止細(xì)菌間的沖突破壞合作。來自不同群體的不同基因型的個(gè)體被證明經(jīng)常相互抑制、阻礙甚至互相攻擊。
“在過去，我們對(duì)自然界中這些社會(huì)菌群的遺傳組成了解非常有限，”研究人員說。研究人員更密切地研究了土壤中同一個(gè)M. xanthus菌群成員之間的遺傳關(guān)系。實(shí)驗(yàn)室的冰柜中，收藏著多的M. xanthus菌株。
研究人員利用遺傳分析表明，雖然M. xanthus的菌群確實(shí)由密切相關(guān)的細(xì)菌組成，但在這個(gè)群體中發(fā)現(xiàn)的遺傳類型和社會(huì)行為的多樣性卻出乎意料地高。研究人員推斷，這些多樣化細(xì)菌株的集合可以保持?jǐn)?shù)百代的完整性。
社會(huì)基因選擇
在他們的研究中，研究人員調(diào)查了近從一個(gè)共同祖先繁殖出來的一組細(xì)菌。突變?cè)谶@些群體中形成了各種社會(huì)行為不同但密切相關(guān)的菌株，這些菌株在它們聚集的速度或在產(chǎn)生的孢子數(shù)量上存在差異。
某些形式的多樣性對(duì)群體的生產(chǎn)力構(gòu)成了威脅。例如，單個(gè)細(xì)菌可以表現(xiàn)出“欺騙”行為：它們?cè)诶萌后w里其他成員和降低群體功能的同時(shí)對(duì)群體貢獻(xiàn)很少。
“然而，群體的行為研究并沒有發(fā)現(xiàn)這種破壞社會(huì)的欺騙行為，”Wielgoss說。相比之下，雖然大多數(shù)群體具有高度的遺傳和社會(huì)多樣性，但觀察到的多樣性似乎不會(huì)破壞群體層面的合作功能。
研究人員將這種高多樣性的行為模式歸因于進(jìn)化選擇，進(jìn)化選擇集中于少數(shù)控制細(xì)菌社會(huì)習(xí)性的“社會(huì)”基因。自然選擇所青睞的這些“選擇熱點(diǎn)”中的突變會(huì)導(dǎo)致各種行為變化，從而形成一個(gè)孢子產(chǎn)生水平和聚集速度不同的細(xì)菌社會(huì)。研究人員推測(cè)，同一群體中不同的物種在合作能力上也可能有所不同，盡管這項(xiàng)研究并未對(duì)此進(jìn)行測(cè)試。
研究人員解釋說，自然選擇可能有利于多種菌株系的某些組合，而不是其他組合，甚至不是同一種菌株的組合：“具有大量行為指令的菌群可能對(duì)環(huán)境變化作出更有效的反應(yīng)。它們通常比行為相同的菌群在進(jìn)化上更成功。 '文化多樣性 '似乎在細(xì)菌社會(huì)群體中相當(dāng)常見。”
理解細(xì)胞合作
微生物無處不在。它們?cè)谖覀兊娜粘Ｉ钪邪l(fā)揮著重要的作用：在我們的腸道菌群中起到輔助作用，在食品生產(chǎn)中起到病原體或抑制劑的作用。許多細(xì)菌在自然界中也結(jié)合成協(xié)同的菌群。研究人員認(rèn)為，這些對(duì)土壤中合作細(xì)菌的遺傳和行為特性的新見解可能有助于我們理解在其它類型細(xì)菌中的合作，包括重要的病原體銅綠假單胞菌感染免疫受損患者并導(dǎo)致嚴(yán)重的長期感染。
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