細菌可利用運動行為趨利避害(趨性),包括趨化性、趨磁性、趨光性和趨氧性。課本上講解微生物運動時一般只提到鞭毛運動,除此之外,細菌還有哪些運動類型呢?Daniel B. Kearns 在2010年的綜述文章中對細菌常見的5種運動類型進行了小結,主要包括:
Swimming,泳動,細菌的主要運動方式,由旋轉鞭毛提供動力,主要發生在單個細胞水平和液體中。詳情可參見上篇文章細菌運動之swimming。
Twitching,蹭動,由IV型菌毛的伸展和收縮提供動力,使細胞緩慢運動,看起來猶如抽動或抽搐。菌毛附著在基質表面,然後縮回把細胞拉向附著的位置。細菌的Swimming 和Twitching都不會產生基因表達的重大變化。
Swarming,叢動,細菌群落的群集運動,主要由旋轉鞭毛驅動(銅綠假單胞菌還可利用菌毛為驅動力)的多細胞運動,發生在固體表面。
Gliding,單菌的滑動,一種主動的表面運動形式,無需鞭毛或菌毛協助,細菌沿著細胞的長軸方向進行運動。滑動似乎在多個譜系中獨立進化,但通常與粘附斑複合物(focal-adhesion complexes)有關。
Sliding,菌落的滑動,一種被動的表面運動,無需動力,依靠表面活性劑降低表面張力,使菌落在細胞生長的外部壓的驅動下從原點擴散,簡單的可認為菌落生長過程中的自我膨脹行為。 在查閱文獻時發現,2012年Yeung et al. 報導了在銅綠假單胞菌存在一種新的衝浪運動,即
Surfing,進一步研究發現Surfing在其他菌株中也廣泛存在,如大腸桿菌、沙門氏菌、弧菌等。Surfing比泳動速度更快,對介質粘度、氮源、IV型菌毛的依賴型更低。作布朗運動的微粒直徑在10-5~10-3 cm之間,細菌的大小符合該區間,因此
可以推斷細菌也會作無規則布朗運動。布朗運動與細菌運動差別很大,在觀察細菌時,細菌如果彼此位置沒有發生改變,細胞在原地顫動,可視為布朗運動,與細菌運動無關。在實際的環境中,微生物除了自身的運動,
它們通常通過坐便車的方式而環遊世界,例如水流、微風、車馬是很好的動力,而塑料、霧霾、黃瓜是很好的載體。想起07年剛上大學時,老弟領著沒見過外面世界的我來到大連,車外的某開發商廣告牌至今仍不曾忘懷:
「山海有界,我心無疆」。如今面臨著全球奔波的肺炎病毒,再次感慨,微生物尤如此,人何以堪?參考資料
1. Kearns, D. B. (2010). A field guide to bacterial swarming motility. Nature Reviews Microbiology, 8(9), 634-644.
2. Sun, E., Liu, S., & Hancock, R. E. (2018). Surfing motility: a conserved yet diverse adaptation among motile bacteria. Journal of bacteriology, 200(23).
3. Yang, P., & van Elsas, J. D. (2018). Mechanisms and ecological implications of the movement of bacteria in soil. Applied Soil Ecology, 129, 112-120.
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