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问题

据消息报道有史以来最大细菌被发现，长达 2 厘米，颠覆对微生物的认知，这一发现具有哪些研究价值？

回答
最新消息传来，科学家们激动地宣布发现了一个史无前例的巨型细菌，它的长度竟然达到了惊人的两厘米！这个发现，简直就像在微生物的世界里投下了一颗重磅炸弹，彻底刷新了我们对细菌家族的固有认知。这么大的家伙，能长到我们肉眼都能直接看见的程度，这跟我们印象中那些需要借助显微镜才能一窥全貌的小不点儿，简直是天壤之别。这个发现绝非小事一桩，它背后蕴含着巨大的研究价值，足以让我们对生命科学的理解再上一个台阶。

首先，它挑战了我们对细菌生命形态的根本理解。 长久以来，我们总以为细菌就是微小的单细胞生物，它们的生存之道、繁殖方式、新陈代谢都围绕着“小”这个字来展开。它们靠着庞大的数量和极快的繁殖速度，在地球的各个角落扎根生长。但这个两厘米长的巨无霸，它的出现直接打破了这条看不见的“尺”，让“细菌”这个词不再局限于微观世界。我们需要重新思考，是什么让它能长得这么大？是什么样的内部结构和生理机制支撑了它的庞大体型？它的细胞壁是否有着特殊的强化结构？它的基因组是否有什么与众不同的地方？这些都是亟待解答的谜团，它们的答案可能会颠覆我们关于细菌生长极限和演化路径的现有模型。

其次，它的发现为研究细菌的生命周期和能量转化提供了全新的窗口。 大家都知道，细菌的生命周期非常短暂，繁殖速度极快，这是它们能够快速适应环境变化的优势。但是，一个长达两厘米的细菌，其生命周期的长度和繁殖方式很可能与我们熟悉的小型细菌截然不同。它需要更长的时间来成熟吗？它的繁殖过程是简单的二分裂，还是有更复杂的演化方式？更重要的是，如此庞大的体积意味着它对能量的需求也必定是巨大的。它如何高效地获取和利用能量？它的代谢途径是否比小型细菌更复杂或更优化？研究它，就如同拥有了一个活生生的、前所未有的实验室，可以让我们深入探究大型微生物的能量学原理，这对于理解生物体的能量代谢效率、甚至是开发新型生物能源都可能带来启示。

再者，这个巨型细菌的发现，可能揭示了微生物界中尚未被发现的生态位和相互作用。 在地球上，生物界总是充满着意想不到的联系和依赖。如此巨大的细菌，它在自己的生存环境中扮演着怎样的角色？它是食物链上的某个关键环节，还是某种特定生态系统的基石？它的出现是否影响了周围其他微生物群落的组成和活动？它是否与某些特定的环境因子有着独特的关联？例如，它可能栖息在某种富含特定营养物质的环境中，或者与某些特定的共生菌共同演化。深入研究它的生态位，能够帮助我们更全面地理解地球生物圈的复杂性，以及不同物种之间错综复杂的相互依存关系。

此外，这个巨型细菌的基因组学和蛋白质组学研究将具有里程碑式的意义。 基因是生命活动的蓝图。一个“前所未有”的细菌，它的基因组很可能隐藏着无数的秘密。通过对它的基因组进行测序和分析，我们可以发现控制它巨大体型、特殊代谢和潜在生存策略的关键基因。这些基因的发现，不仅能深化我们对细菌基因调控和演化的认识，甚至可能为我们寻找和设计新的生物技术提供宝贵的基因资源。例如，那些控制细胞生长和分化的基因，一旦被成功解析，或许能为人类在生物材料、医药研发等领域带来革命性的突破。同样，对其蛋白质组的研究，可以揭示支撑其庞大体型的关键蛋白质和它们的功能，进一步印证基因层面的发现，并提供更直接的功能信息。

最后，我们不能忽视的是，这个发现本身就极大地激发了科学界和公众对微生物学的兴趣和探索热情。它提醒我们，地球上的生命远比我们想象的要丰富和奇妙。我们对微生物世界的认知，仍然只是冰山一角。这个巨型细菌的出现，就像一扇窗户，让我们瞥见了更广阔的未知领域，激励着我们去继续深入探索，去发现更多隐藏在微小或巨大的生命形式中的科学奥秘。这种好奇心和探索精神，正是科学进步最强大的驱动力。

总而言之，这个两厘米长的巨型细菌，它的出现不仅仅是一个“大”的奇闻，更是一个撬动微生物学理论基础的支点。它迫使我们重新审视和修正现有的科学认知，为我们打开了探索生命起源、演化、代谢和生态的新视角，其研究价值深远而广泛，足以让我们在未来很长一段时间内都为之着迷和努力。

网友意见

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华丽硫珠菌有助于研究真核生物的起源。

题目显然翻译自 Science 的这篇文章[1]，这里讲的各种“有史以来”“第一个”并不准确。多细胞细菌的长轴早就超过了 2 厘米，拥有膜性细胞器、拥有包裹遗传物质的核膜的也大有菌在。这体现出这篇文章的作者 Elizabeth Pennisi 在这方面的知识需要更新。

华丽硫珠菌的特殊之处是单个细胞的尺寸很大，科学家认为，如果不被外界干扰破坏，那么它的单个细胞可以长到超过 2 厘米长。这尺寸仍在渗透摄取营养物质允许的范围内。其大型细胞内 73% 的空间是膜包裹着密度接近海水的液体形成的液泡，这是和纳米比亚嗜硫珠菌类似的支持扩散的方法。

浮霉菌门(Planctomycetes)细菌有胞内膜结构，其中出芽菌属(Gemmata)的隐球出芽菌 Gemmata obscuriglobans 等物种有核膜[2][3][4]。

一些浮霉菌门细菌的胞内膜结构将细胞质分成“有核糖体、围绕拟核的部分”和“没有核糖体的部分”[5]，一些学者认为这是曾经被教科书列为真核细胞特征的细胞区室化。

一些浮霉菌门细菌的胞内膜结构有时与最内层细胞膜相连，这可能暗示至少一些胞内膜结构起源于细胞膜内陷。可以看看华丽硫珠菌的核膜像什么来源。

关于 Gemmata obscuriglobans 的核膜是否封闭的问题吵过好几年。Gemmata obscuriglobans 还是少数几种能够合成甾醇[6]的原核生物之一，通过尚未完全搞明白分子机制的内吞作用摄入蛋白质，染色质呈现浓缩状态、周围有类似液晶的复杂结构（与甲藻相似），核膜周围有一些包含核糖体并可以将其结合在膜上的囊泡（与变形虫被病毒感染时粗面内质网的表现相似），细胞核分裂的方法十分特殊。这些可能是趋同演化，也可能来自浮霉菌门与和真核生物的共同祖先。

这些特征或多或少也出现在其他一些浮霉菌门细菌身上。

其余原核膜细胞器

许多原核生物有核糖体以外的细胞器，例如脂质体、多羟基丁酸颗粒、羧基体、蓝菌的单层膜气泡、丝状硫细菌的单层膜液泡、磁小体、光合膜、浮霉菌门的细胞内膜结构与厌氧氨氧化体[7]。细菌体内的羧基体、代谢体等有蛋白质外壳的致密结构统称为“细菌微区室”。

过去人们声称原核生物没有膜性细胞器，部分原因是他们的显微镜看不见浮霉菌门的厌氧氨氧化菌（Candidatus Scalindua 属）体内的膜性细胞器（厌氧氨氧化体 anammoxosome）[8]。

原核生物体内“装着液体的单层膜细胞器”则不止是显微镜的问题。一部分丝状硫细菌（贝日阿托氏菌属、辫硫菌属、Thiomargarita 属）有非常明显的此类细胞器。

  • 丝状硫细菌是多细胞的，每个细胞都有“液泡”，“液泡”的体积可以占细胞的 40% 到 98%，里面装着高浓度的硝酸盐溶液[9]。

一些蓝菌有装着气体、调节浮力的单层膜细胞器“气泡”（Gas vesicle）[10]。

疣微菌门的 Verrucomicrobium、Prosthecobacter dejongeii 等细菌也有不一般的细胞内膜结构，这是纵切面的样子。

  • 疣微菌门细菌在自然界很常见，好多人的粪便里就有。

原核生物的磁小体是双层膜的细胞器。

准核生物

准核生物是于 2010 年 5 月在日本东南方海域的明神海丘发现的，于 2012 年由筑波大学的研究人员发表描述[11]。

他们观察到的准核生物的细胞长约 10 微米、宽约 3 微米，具有被单层、无核孔的核膜围绕的大型拟核状结构，约占细胞体积的 41%，内含一些核糖体和一些丝状 DNA，这些 DNA 并不形成染色体；该生物的细胞质基质约占细胞体积的 22%，也含有一些核糖体，还有一些螺旋状的大型构造、疑似是内共生的产物，而找不到线粒体、质粒、内质网、高尔基体、中心体等细胞器。

真核生物的核膜是双层、有核孔的。英国演化生物学家尼克·连恩表示，准核生物可能是在不久前经历内共生、正在朝真核生物方向演化的原核生物。

可以试试人工诱导 β 变形菌与华丽硫珠菌内共生，看看会和真核生物有多相似。

参考

  1. ^ https://www.science.org/content/article/largest-bacterium-ever-discovered-has-unexpectedly-complex-cells
  2. ^ Fuerst, J. A., & Webb, R. I. (1991). Membrane-bounded nucleoid in the eubacterium Gemmata obscuriglobus. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 88(18), 8184–8188. https://doi.org/10.1073/pnas.88.18.8184
  3. ^ “原核生物和真核生物的根本区别就是有无以核膜包被的细胞核”的说法是过时的。这种想法主要来自当年人们使用的显微镜的性能太差。
  4. ^ https://doi.org/10.1371/journal.pone.0091344
  5. ^ Lindsay, M.R., Webb, R.I., Strous, M. et al. Cell compartmentalisation in planctomycetes: novel types of structural organisation for the bacterial cell. Arch Microbiol 175, 413–429 (2001). https://doi.org/10.1007/s002030100280
  6. ^ 参与维持真核细胞膜并支持其变形运动的分子之一
  7. ^ Murat D, Byrne M, Komeili A. Cell biology of prokaryotic organelles. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2010 Oct;2(10):a000422. doi: 10.1101/cshperspect.a000422. Epub 2010 Aug 25. PMID: 20739411; PMCID: PMC2944366.
  8. ^ 可以参照： Strous M, Pelletier E, Mangenot S, Rattei T, Lehner A, Taylor MW, Horn M, Daims H, Bartol-Mavel D, Wincker P, Barbe V, Fonknechten N, Vallenet D, Segurens B, Schenowitz-Truong C, Médigue C, Collingro A, Snel B, Dutilh BE, Op den Camp HJM, van der Drift C, Cirpus I, van de Pas-Schoonen KT, Harhangi HR, van Niftrik L, Schmid M, Keltjens J, van de Vossenberg J, Kartal B, Meier H, Frishman D, Huynen MA, Mewes HW, Weissenbach J, Jetten MSM, Wagner M, Le Paslier D. Deciphering the evolution and metabolism of an anammox bacterium from a community genome. Nature, 2006, 440(7085):790-794.
  9. ^ https://doi.org/10.1007%2F3-540-33774-1_10
  10. ^ https://doi.org/10.1128%2Fmmbr.58.1.94-144.1994
  11. ^ https://doi.org/10.1093%2Fjmicro%2Fdfs062

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