微生物连大脑都没有,居然拥有“记忆”,而且能传递给后代?
消息来源:baojiabao.com 作者: 发布时间:2024-11-25
原文标题:《它们连大脑都没有,居然拥有"记忆",而且能传递给后代?》
撰文 | Ziv
审校 | 沈梦溪
在我们的印象里,微生物是结构简单、活动方式单一的生物,它们的日常就是吃、繁殖,然后死亡。但生物学家发现这种简单的生物居然也有强大的记忆能力。
与人类的记忆不同,微生物显然无法记住圆周率,也不会背唐诗三百首。不过它们可以记住之前发生了什么事,去过什么地方,甚至还会根据过去的经历对未来有可能发生的事情做出响应。
一些科学家用"历史依赖行为(History Dependent Behavior,HDB)"来定义微生物依赖过去的经验做出反应的机制。有一种能让葡萄变成酒的微生物,就是存在历史依赖行为的最佳例证。
在酿造葡萄酒的过程中,酵母是一种非常关键的单细胞微生物,它们通过厌氧反应把糖类转化为乙醇和二氧化碳。我们经常发现葡萄皮上覆盖着浅浅的一层白霜,这些白霜里面就含有野生酵母菌群。
传统酿酒人可能更喜欢用这些野生酵母酿酒,也有人会选择更可控的人工培育酵母,酿酒酵母就是其中的代表。
三磷酸腺苷(ATP)可以储存和传递能量。酵母获得 ATP 有两种途径:一是在没有氧气的条件下,通过底物的磷酸化来产生能量。在这种情况下,1 分子葡萄糖可以产生 2 分子乙醇和 2 分子 ATP。
二是在氧气存在的条件下的氧化磷酸化过程,这时 1 分子葡萄糖可以产生 32 分子 ATP,效率非常高,所以通常这时发酵乙醇会被抑制,细胞生长得到提高,这种现象被称作巴斯德效应。
不过葡萄糖是酿酒酵母代谢的首选碳源,它的存在会抑制酵母代谢其他碳源,比如麦芽糖或半乳糖的基因表达;另外在高浓度葡萄糖环境中,酵解糖大量产生的乙醇和 ATP 会抑制呼吸链的活性。
这就解释了在高浓度葡萄糖环境下,为什么即使有氧气的存在酵母细胞依然能酵解葡萄糖,这被称作反巴斯德效应,由于它首先被英国生化学家 H.G.克拉布特里发现,因此也可以称为"克拉布特里效应"。
如果把葡萄糖切换为其他非首选的替代碳源,酵母需要一段时间启动代谢替代碳源的基因,因此会存在很长一段滞后期。
不过让接触过这种碳源的细胞,甚至几代以内的子细胞再次切换碳源时,它们的滞后期会明显缩短很多,研究人员认为是一些关键蛋白质到了作用。这些蛋白质可以被保留下来,并且传递给下一代。
这本身就是酵母存在历史依赖行为的证明,不过除此以外,科学家还发现了更深层的有趣现象。
如果想代谢替代碳源,酵母首先要在这些碳源环境当中生长,因此需要呼吸作用来支撑。科学家发现在酵母的历史依赖行为中,恰恰是与呼吸和线粒体功能相关的基因起到了至关重要的作用。
在从葡糖糖转化为替代碳源的过程中,前面所说的"克拉布特里效应"受到抑制,呼吸相关途径中的基因会优先被诱导表达,这些基因的激活会比激活代谢其他碳源的基因更早。
同时还有试验发现,细胞的呼吸作用越强,切换碳源时需要的滞后期就越短。而经历过碳源切换的菌群,可以更快地通过呼吸作用有效生长,缩短滞后期。
看到这里是不是觉得有点熟悉,这跟注射疫苗预防流感差不多,接触到病原体后,身体内形成抗体,并且能在下一次遇到这种情况的时候快速反应。
没错,脊椎动物的适应性免疫系统是另一种形式的细胞"记忆",微生物的"历史依赖行为"跟这种反应很类似。
不过微生物的"记忆"能力也可能给我们带来麻烦。
在治疗一些细菌引起的疾病时,抗生素是非常有效的手段。不过细菌会通过突变的方式产生耐药基因,逃过抗生素的围追堵截,于是"超级细菌"就出现了。
细菌具有抗药性的机制之一是形成生物被膜,从而降低抗生素的作用。一项研究发现细菌可以记住它们曾经去过哪里,因此更容易形成细菌菌落。
还有科学家发现,生物被膜中的细菌可以记住曾经接触到的光照刺激,并且可以保留膜电位的变化。他们认为这种记忆方式跟神经元传递信息的方式有点像。
有学者推测,如果可以反过来让细菌"遗忘"过去的行为模式,在初期阻止细菌的表面附着,就可以打断形成生物被膜,预防细菌感染。
有时还是忘记比较好……
参考资料:
[1]https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2022.1004488/full?utm_source=fweb&utm_medium=nblog&utm_campaign=ba-sci-fmicb-microbe-memory-epigenetics
[2]https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%89%E7%A3%B7%E9%85%B8%E8%85%BA%E8%8B%B7
[3]https://zh.wikipedia.org/zh-sg/%E7%99%BC%E9%85%B5_(%E8%91%A1%E8%90%84%E9%85%92
[4]https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=242730&SubID=153362
[5]http://tech.sina.com.cn/d/i/2018-04-17/doc-ifzfkmth4991548.shtml
[6]https://www.pnas.org/doi/epdf/10.1073/pnas.1720071115
[7] Yang C Y, Bialecka-Fornal M, Weatherwax C, et al. Encoding membrane-potential-based memory within a microbial community[J]. Cell systems, 2020, 10(5): 417-423. e3.
本文来自微信公众号:把科学带回家 (ID:steamforkids),作者:万物
2023-02-24 15:38:39相关文章
- 淘宝天猫仅退款属于诈骗吗?淘宝天猫开始部分取消仅退款
2024-10-01 13:01:28
- 哈啰app借钱|哈啰借钱app下载安装免费小小上当和电话骚扰
2024-10-01 11:22:38
- 白嫖党|山西大同大学学生网购申请“仅退款”被拒骂客服一小时
2024-09-27 09:10:44
- 北大数学教授袁新意《姜萍事件的疑点分析》点评姜萍板书 阿里巴巴竞赛受质疑
2024-06-28 10:07:40
- 天猫新规可以无条件申请“仅退款”了?淘宝天猫又离狗多多零元购近了一步
2024-06-28 09:27:13
- 美国法院裁定阿里须为Squishmallows玩具侵权案答辩
2023-12-28 19:59:34
- 小米汽车传员工3700人 雷军称小米汽车不可能卖9万9
2023-12-28 19:41:57
- 国家新闻出版署:认真研究《网络游戏管理办法(草桉徵求意见稿)》关切 实行前进一步完善
2023-12-28 19:14:56
- 印度以打击金融犯罪为由逮捕了两名 vivo 高管
2023-12-26 16:49:01
- 在国外微信收不到国内信息?微信和WeChat将被拆分
2023-12-15 10:40:15
- 苹果iPhone15 系列手机发布最新消息 预计上市发布时间9月
2023-08-06 23:21:02
- 华为将发布鸿蒙HarmonyOS4操作系统 功能五大升级支持设备清单
2023-08-06 23:17:37
- 整治自媒体网红账号 400万粉丝网红发布擦边视频被无限期封禁
2023-07-12 09:56:09
- 网传微信文件传输助手是真人是真的吗?微信官方回应
2023-06-27 15:53:32
- 电信移动送手机成了“信用购”?你上了运营商的贷款套路了吗?
2023-06-12 17:18:55
- 中国电信广东地区崩了无信号 客服回应已在核实处理
2023-06-08 15:39:04
- 消息称小米新能源汽车价格表正讨论定价区间:双版本不同配置,高配或超 35 万元
2023-03-06 12:56:03
- 华为因制裁被传或分拆剥离手机业务? 内部人士回应:可能性不大.
2023-03-05 23:26:41
- OPPO正式发布安第斯智能云,让终端更智能
2023-02-24 16:02:27
- 华为与OPPO签订全球专利交叉许可协议 包括5G蜂窝通信专利
2023-02-24 16:02:26