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山西快乐十分钟: 美研究發現細菌能利用環境線索預測未來

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瀏覽 次【字號 】 發布時間:2012-7-2 打印本頁

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  我們都知道巴甫洛夫狗,這是一只由俄國生理學家伊凡·巴甫洛夫訓練的狗,它能夠將食物與鈴聲聯系在一起。如今,美國科學家發現,細菌可能也能夠完成類似的行為——之前從未在簡單的生物體中發現這種能力。

  研究人員已經知道,細菌能夠對環境的變化作出簡單的響應,例如因改變內部運作機制而產生的酸度波動。如果這種變化具有足夠的規律,細菌便能夠提前作出響應。然而美國普林斯頓大學的系統生物學家Saeed Tavazoie想搞清的是,微生物的這種能力是否具有更加復雜的理由。例如,它們是否能夠將一個沒有規律的信號與未來可能出現的情況聯系在一起。如果真是這樣,那么細菌將能夠通過提前對未來事件作出響應,從而增加其存活的幾率。

  Tavazoie和同事首先利用一套計算機模型確定了一個簡單系統是否能夠進化出這種行為。研究    人員創造了一個環境,其中繁殖了進化中的虛擬細菌。如果生物體能夠“學習”某些比食物提前到達的信號并及時作出新陳代謝響應,它們便能夠儲存更多的能量。隨著這些信號變得越來越復雜,生物體也進化出了相應的正確響應機制。研究小組在本周的美國《科學》雜志網絡版上報告了這一研究成果。

  研究人員隨后在大腸桿菌(Escherichia coli)中尋找這種能力的證據。由于大腸桿菌進入人嘴——可能是通過某些不衛生的肉類食物——后會使自身的溫度升高,并且這種細菌在進入人體腸道后必須馬上與低氧環境進行斗爭,因此研究人員推論,大腸桿菌可能將溫度作為一種指標,用來準備應對即將到來的缺氧環境。實際上,當研究人員在計算機模型中升高大腸桿菌所處環境的溫度后,這些細菌便會減緩一些基因的活性,而這些基因通常是用來應對高氧環境的。最終的結論來自于一項真正的實驗,在研究中,科學家逆轉了細菌的這種常規聯系——他們在高氧同時伴隨高溫的環境中培育細菌。最終,用了不到100代,這些大腸桿菌即便暴露在高溫環境下,也不會激活它們的低氧響應,這意味著這種細菌的進化阻斷了這種聯系。

  雙子城明尼蘇達大學的進化生物學家Michael Travisano指出,這項研究是“第一個令人信服的證據”,表明細菌能夠利用環境線索預測未來事件。這一研究成果將為解釋微生物病原體謎一樣的行為模式(它們或許利用前兆信號來改變自己的細胞表面,從而避免來自宿主的且即將發生的免疫攻擊)開辟一條新的道路。Travisano表示:“一旦某些情況讓你無法解釋,它們或許便正預示著環境的變化?!?/P>

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