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古细菌怎样在“死海”里生存

《科学世界》  发表于 2018年06月20日

我们一直都说“死海不死”。在死海中,存在着丰富的微生物群落,其中许多都属于耐盐型古细菌。古细菌是地球上最原始的生命体之一,属于原核生物,能够在诸如深海的火山口、陆地的温泉以及盐碱湖等极端的环境条件下生存。德国弗莱堡大学第二生物研究所的微生物学家对这类微生物的新陈代谢过程进行研究,其研究结果可能有助于解开生物学家对于古细菌的种种疑惑。研究结果发表《科学》杂志上。

科学家们以前就知道,耐盐型古细菌会利用各种各样的有机化合物作为营养源,结合活化的乙酰辅酶A,来合成必要的细胞构筑物和维生素。在这一研究中,研究人员利用盐盒菌属微生物作为模板,讨论了“该新陈代谢途径是如何形成的,其中间产物甲基-D-天门冬氨酸是如何在演化过程中产生的”等问题,并根据这个过程中最重要的中间产物,把整个代谢命名为“甲基-D-天门冬氨酸循环”。

研究人员解释说,耐盐型古细菌的祖先在进化的过程中不断改变它们的生活习性,使自己能够适应盐度很高的栖息环境。令研究人员感到吃惊的是,存在于耐盐型古细菌中的基因组是通过聚集其他微生物相关基因,形成目前这种适应生境的代谢过程的。而这种有机体之间基因合并的现象被称为“水平基因转移”。

“水平基因转移”通常是指在有差异的生物个体之间,或者单个细胞内部的细胞器之间,所进行的遗传物质的交流。差异生物个体可以是同种但含有不同的遗传信息的生物个体,也可以是远缘的,甚至没有亲缘关系的生物个体。

最早的古细菌体内并没有“甲基-D-天门冬氨酸”这种中间产物,那时候它们的代谢方式或许与现在完全不同。在远古耐盐型古细菌体内,通过重组、合并其他微生物基因的方法,形成了现在这个更适应环境的新陈代谢过程。这个过程说明,要发明一种新的基因不仅很难而且很慢,而使自己慢慢拥有其他微生物中已存的基因则要更优一些,这也符合了所谓“遗传修复”的法则。

“遗传修复”这一概念在生命科学领域已经是一个固定词组。它指的是一种理念,意思是说,在进化的最初,自然界并不是由一个完美的工程师设计出万物生长的模式,也不是从一开始就注定某种生物会生长成什么模样。相反,对于生物学家来说,进化更像是一种渐进修复的过程,在这个过程中,自然界会选用最简单易行的手段解决最紧迫的问题。在修复的过程中,并不一定非要使用新的“零件”(基因),自然界的生物更倾向于使用最适合并且容易得到的基因。

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(本文发表于《科学世界》2011年第3期)


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