研究發現:細菌和人類進入殖民地的方式有驚人的相似之處

2020-12-24 老胡說科學

一項新的研究發現,口腔細菌在我們口腔中的活動方式與我們人類在城市中殖民的方式並無不同。細菌被稱為「群體」是有原因的,我們對這些微小的建築師如何建造他們的社區了解得越多,我們就越熟悉他們的行為。

一項針對多個定居者如何發展小殖民地的新研究發現,其增長方式和動態反映了我們自己的城市傾向。「值得注意的是,我們看到的是,它們增長的空間和結構特徵與我們在城市化中看到的相似。」

和自然界一樣,口腔中的細菌也生活在被稱為生物膜的複雜結構中。事實上,99.9%的原核生物和數百萬的鄰居擠在一個定居點裡生活。

生物膜到處都是,但是如果它們在你的牙齒上,我們把它們稱為牙菌斑。這種黏稠的沉積物很難清除,因此可以保護微生物不受環境侵害,比如牙膏、牙線甚至抗生素。

當個別的移居者發展成小的殖民地時,它就建立起來了,但這究竟是如何發生的,仍未得到充分的探索。

利用口腔細菌變形鏈球菌,研究人員發現,無論表面類型如何,微生物細胞都是隨機沉降的。儘管如此,實際上只有一小部分菌落開始聚集,通過「將鄰近的細菌合併成密集的小菌落」來擴大它們的範圍。

古永鏘說:「我們認為大多數單個細菌最終都會生長。」「但實際的數量不到40%,其餘的要麼死亡,要麼被其他微型殖民地的增長吞沒。」

一旦集群出現,一些真正奇怪的事情發生了:它們開始相互作用,生長和組織成人口密集的「微米級微集群,進一步擴大和合併」,形成一個生物膜上層結構。這種合作是有趣的,因為之前的研究已經報導了其他物種的細菌競爭,特別是在營養缺乏的時候。

在那之後,「個體的微群落繼續增長而不受幹擾,直到彼此融合,而融合後的結構表現和生長就像一個新的和諧社區,」研究人員寫道。只有引入更多的對抗性外來物種,才會影響到這個看似平靜的種群,從而降低了小種群的生長速度。

「這些群落(微群落)可以以協作的方式彼此擴張和融合,而不需要相鄰群落之間的競爭,」作者總結道。

這種生長方式表明了「微生物之間的群居行為」,它看起來類似於人類的城市化,一些定居者保持靜止,而另一些人則成長為村莊,進一步擴展到人口稠密的微型殖民地或城市,然後合併成微生物的超大城市。

當然,細菌的城市化也有其局限性。作者並不是說微生物會建造交通標誌、道路和補給線,但總的思路是一樣的,它不僅能幫助我們更好地應對感染,還可能幫助我們建造更可持續的東西。

研究人員表示:「這是一個有用的類比,但我們應該有所保留。」「我們並不是說這些細菌是擬人化的。但是,從生物膜生長的角度來看,我們可以看到一個多尺度、多層面的畫面,來描述它們是如何生長的,這是我們以前從未見過的。」

這項研究發表在《自然通訊》雜誌上。

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