新的研究表明，细菌菌落可以将自己组织成复杂的环状图案，这些图案与发育中的胚胎具有“有趣的相似性”，并且被认为是植物和动物所独有的。
细菌细胞聚集在一起形成紧密堆积的菌落，称为生物膜有一个声誉不断提高因为其行为像多细胞生物一样奇怪。 这些生物膜几乎随处可见，从船体、农作物和温泉，到粘性、顽固的牙菌斑它会在我们的牙齿上堆积。
但正如我们逐渐了解到的那样，生物膜不应该被误认为是粘稠的细胞团？ 正如这项新研究表明的那样，它们可以形成复杂的图案，类似于植物和动物在生长过程中如何形成节段。
“我们发现生物膜比我们想象的要复杂得多，”说加州大学圣地亚哥分校的分子生物学家和研究作者 Gürol Süel 之前的研究表明存在生物膜分享集体记忆类似于大脑中的神经元（尽管并非所有科学家都相信）。
更重要的是，生物膜似乎还能够招募其他细菌物种加入它们的群落，利用远距离电信号。
在这项最新研究中，Süel 和同事观察到实验室中生长的细菌生物膜形成环状结构，让人想起植物和动物中发育中的“条纹”。
在多细胞生物中，这种被称为分段的细胞模式产生了不同类型的组织和复杂的身体形态，而生物膜群落本质上是单细胞细菌团块，被认为只形成最原始的结构。
研究人员说：“我们的发现表明，细菌生物膜采用了迄今为止被认为是脊椎动物和植物系统独有的发育模式机制。”写。
在实验室里，团队不断成长枯草芽孢杆菌是一种杆状细菌，存在于土壤和人类中，可形成皱纹生物膜。
当缺乏氮时，生长的生物膜会自行组织成清晰的圆形带，类似于树木的年轮和发育中的胚胎中看到的那种分割。 请看下面的视频，其中记录了一个菌落在两天内生长的情况。
研究人员认为，这种环状图案是由细菌细胞中的潜在遗传电路产生的，当重要氮等营养物质供应短缺时，细菌细胞会对极端压力做出反应。
数学模型和实验表明，随着生物膜向外生长并吞噬营养物质，营养物质消耗的“波”穿过细菌细胞，基本上将每个细胞与当时使用的缓解压力基因“冻结”在适当的位置。
研究人员发现，这种脉冲式、断断续续的应激反应在圆形生物膜中产生了不同细胞类型的重复片段，并且与“时钟和波形”机制一致，这种机制在此之前只在高度进化的生物体中见过。
“在不断扩大的生物膜中，”研究人员写，“这种‘冻结’机制可能在发育过程中自然发生：在生物膜前沿的复制细胞生长，留下嵌入生物膜内的子细胞，从而获得更少的营养。”
Süel 和同事继续推测这种模式机制可能是生物膜应对不可预测条件的另一种方式，可以说是对冲他们的赌注，“因为并非所有孢子都是在同一时间和生物膜的同一区域形成的。”
然而，这并不是科学家第一次发现模仿多细胞生物的细菌群落，而且两者之间无疑存在显着差异，因为研究人员笔记。
2020 年，科学家展示了生物膜的生长方式反映胚胎发育，在几个月内严格协调的基因表达序列之后，菌落不断扩大。
在该研究发表时，克罗地亚天主教大学的遗传学家 Tomislav Domazet-Lo?o说：“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。”
Süel 和同事还指出，生物膜不像胚胎发育那样在细胞类型之间表现出明确的界限不同的细胞层因此，现阶段任何明显的相似之处都只是概念性的。
尽管如此，当“简单”的单细胞生物似乎比我们最初想象的要先进得多时，这些最近的观察结果重新引发了一些关于多细胞生物定义的重大问题。
牛津大学细胞生物学家 Tanmay Bharat 表示：“这项[最新]研究将重新引发这场争论。”告诉 新科学家。 “从进化细胞生物学的角度来看，研究差异所在会很有趣。”
该研究发表于细胞。
