新的研究表明,细菌可以像胚胎一样“发育”,早期生命可能比我们想象的更像动物。
当细菌结合在一起时,它们会渗出粘液的保护性公共家园,形成繁荣、密集的菌落,称为生物膜。 这些微小的有机体在一起会变得更加强大。
在生物膜的安全范围内,它们可以更好地承受环境变化,与社区外的细胞进行远程通信,甚至分享一个各种集体记忆? 本质上表现得像一个多细胞生物。
现在,一个国际研究小组由来自鲁尔博科维的进化遗传学家莫米尔·富托(Momir Futo)领导。 克罗地亚研究所发现生物膜也像多细胞生物一样发育。
地球上的大多数细胞都以这些生物膜的形式存在。 他们可以由多个物种组成,并且我们越来越多地发现它们像多细胞生物一样行事的更多方式? 包括分工,程序性细胞死亡, 和自我认知。
枯草芽孢杆菌生物膜。 (莫米尔·富托/鲁尔·博科维研究所)
在实验室里,Futo 和团队研究了杆状枯草芽孢杆菌,它常见于土壤、牛和我们身上。 研究人员建立了整个生物膜发育过程中基因表达的时间表,从最初的几个细胞到两个月大。
他们也比较细菌基因的产物与家谱中的其他人一起,为他们的进化关系绘制出时间表。
“令人惊讶的是,我们发现进化上更年轻的基因在生物膜生长的后期时间点越来越多地表达,”解释了克罗地亚天主教大学的遗传学家 Tomislav Domazet-Lo?o。
生物膜生长过程中基因表达的顺序反映了这些基因进化的时间——就像发育中的动物胚胎中基因的表达一样。
这并不是生物膜模仿胚胎发生(动物胚胎的发育)的唯一方式。 在胚胎中也可以观察到所观察到的基因表达的逐步组织,在发育中期细胞之间的通讯大幅增加,这在生物膜中与生长的 3D 皱纹相一致。
“这意味着细菌是真正的多细胞生物,就像我们一样,”说多马泽特-洛奥。 “考虑到已知最古老的化石是细菌生物膜,第一个生命很可能也是多细胞的,而不是迄今为止认为的单细胞生物。”
这地层学研究人员使用的方法相对较新,并且其可靠性仍然存在一些问题,因此研究小组使用较旧的遗传工具仔细检查了他们的结果,发现它们支持他们的发现。
研究小组警告说,这些结果仅限于实验室条件下的单一物种生物膜,因此需要更多的研究来看看这些发现是否也适用于多物种相互作用的自然环境。
其他胚胎发生特征是否还有待观察? 就像新基因表达的局部波? 也存在于生物膜中。 但他们观察到的相似之处相当惊人。
由于生物膜负责超过80%的微生物感染在我们的身体中,它们肯定也会在我们的友好细菌如何发挥作用方面发挥重要作用,因此了解这些不那么单一的生物体如何发育和协同工作可以帮助解决无数的医疗问题。
“毫无疑问,细胞是生命的基本单位;然而,这并不意味着第一个生命是严格的单细胞,”研究人员得出结论。
这项研究发表于分子生物学和进化。