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世上“最早、最小農夫”

(文/Ed Yong)為了獲取食物,農夫在土壤中播種培植我們的口糧,不僅是人類會種植,一種單細胞動物也會播種培育食物,這種單細胞動物就是“粘菌”,它可以說是這個世界上最小的農夫了,作為農夫它播下的不是植物種子,而是細菌種子。世界上會種植業的有人類、螞蟻和白蟻,現在這個名單上也要排上粘菌。

粘菌,Dictyostelium discoideum屬,研究它們的科學家都親切稱之為Dicty。Dicty大部分時間都以單個細胞形式存在,在尋找食物(細菌)的時候會變形伸出它的偽足。當粘菌把周遭的細菌都吃完的時候,單個的粘菌會慢慢聚集起來形成一個團塊。當這群粘菌找到一個肥沃的土地時,它們會向上延伸,形成一個一個帶桿的孢子球。有風吹過的時候,孢子就隨風散落,重新形成新的粘菌開始新的生命周期。

早在幾十年前,科學家們就已經了解了粘菌的生活周期,但是還有些未解之謎。Rice大學的Debra Brock從佛吉尼亞和明尼蘇達捕獲了35個野生粘菌。Debra Brock發現,有1/3的粘菌團塊和孢子攜帶著細菌。粘菌可以攜帶多種不同的菌種,其中半數以上的細菌是粘菌食譜上的座上賓。當孢子落在新的土地上時,細菌也隨著在新的土地上繁殖,而大量繁殖的細菌成為粘菌的口糧。

Debra Brock為了了解這個生活史,將粘菌孢子放入無菌的培養基中,她發現粘菌表現很好。粘菌會把隨身攜帶的種子細菌散播到無菌培養基中,這些細菌就是它們儲備的糧食。如果粘菌孢子沒有攜帶細菌,那么它們會繼續在孢子中靜待時機,等待可以播種的時機。而在自然界,無菌的土壤十分少,因此粘菌可以攜帶他想要的細菌。這是粘菌自己準備的食物,就算它們落在沒有它們吃的細菌的土壤上,也會釋放攜帶的細菌,讓細菌繁殖,養活它們。粘菌是一名挑剔的食客,正因為此它會自己準備愛吃的食物隨身攜帶。

相比人類、白蟻和螞蟻,粘菌的園藝工作似乎更被動消極。因為它們在播種后不會施肥,可以說完全是吃飯靠天。相反,人類會給作物施肥,螞蟻和白蟻也會用葉子來培育播種的食物。

不過,粘菌與螞蟻之間還是有很多相似之處。兩者都是為近親屬的后代培育花費了大量的心血。對于粘菌而言,這一點很重要,如果它們不黏在一起,一起勞作,那么群體中可能有一些吃白食的家伙竊取別人辛苦勞作的食物。粘菌黏在一起就能確保它們的后代獲得相同的好處。

Debra Brock發現1/3的粘菌會攜帶細菌,十分有趣的是,這1/3的粘菌與其他粘菌相比并沒有什么不同。但是這1/3是很特殊的,Debra Brock把整個群體中的粘菌用抗生素處理,讓所有的粘菌都失去細菌,然后來觀察粘菌攜帶細菌的能力。結果發現,仍舊只有原來攜帶細菌的粘菌能再次攜帶細菌。

疑問來了,既然細菌是粘菌的食物,為什么只有1/3的粘菌能攜帶呢?Debra Brock很快找到答案,她把孢子群放入到鋪滿細菌的培養基中,結果發現小農夫表現糟糕。它們幾乎沒有進入新的生命周期。

Brock認為粘菌群體中的“農夫”承受著一些痛苦。只有在粘菌遭遇缺衣少食的環境的時候,粘菌才會團結在一起形成孢子。而為了能在新環境中播種,“農夫”不能吃光所有的細菌,必須要保留部分,而其他非農夫的同伴卻能吃光自己周圍的細菌。只有在短缺食物的環境下,農夫才能發揮作用,播種細菌提供食物。一旦在富饒的土地上,農夫的地位就變得不重要。因此說,對粘菌來說農業是一把雙刃劍。

在其他類型的動物農藝中,農夫與作物有時相互依存。比如說,有些螞蟻可以播種真菌,沒有螞蟻這些真菌不可能生存,在海里一種小雀鯛可以培育一種獨一無二的海藻,沒有小雀鯛,海藻不可能生存。相反,粘菌的農藝與眾不同,它們與細菌并不相互依存,沒有粘菌細菌照樣可以生活得很好。

這也許是因為,粘菌可播種的細菌種類實在太豐富。對細菌來說,被粘菌農夫捕獲不見得是個壞事,它們可以隨著粘菌去一個新的地方。對于很多細菌來說,搭粘菌的便車去新的地方有助細菌們的發展。

現在,沒有人知道粘菌會農藝已經有多長時間了。為了找到答案,Brock會研究其他粘菌,觀察它們是否也會農藝。如果其他粘菌都會這一技藝,那么表明粘菌的祖先就會農藝,那么粘菌將是世界上最早的“農夫”。

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博主介紹: Ed Yong,著名科學作者。他白天在英國癌癥研究中心上班,晚上回家寫他自己的科普博客Not Exactly Rocket Science。他的文章被眾多知名刊物采用,包括New Scientist, Nature, the Economist, the Guardian, the Daily Telegraph以及SEED等。

The End

發布于2011-01-22, 本文版權屬于果殼網(guokr.com),禁止轉載。如有需要,請聯系果殼

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Sophia

生命科技探索者

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