科學家發現迄今最大海洋細菌：能從陽光中獲取能量

研究人員正在收集海水樣本，作為調查海洋單細胞真核生物和與之相關的有機體的一部分。

新浪科技訊 北京時間4月20日訊息，據國外媒體報道，科學家在海水樣本中發現迄今最大的海洋細菌，它能夠從太陽光線中獲取能量。

幾年前，一臺價值80萬美元的高精密醫用熒光活性細胞分選儀懸掛在起重機上，準備裝載到海洋研究船，與此同時，海洋微生物生態學家亞歷山德拉·沃登（Alexandra Worden）和同事們準備在大西洋起航，收集單細胞真核生物，並單獨隔離進行單細胞全基因組測序。此次海洋研究活動還在太平洋尋找古生菌、細菌和其他與微生物有關的有機體，沃登和同事希望採集海水樣本帶回實驗室分析，但這種做法將潛在地會影響樣本的生物多樣性，他們最終決定將實驗室搬到了勘測現場。

起重機操作非常順利，細胞分選儀也安全上船，科研人員和船員們開始了航海之旅，他們採集了海水樣本，用熒光染色細胞製成食物液泡，標記那些積極進食的生物體，並將海水樣本送入細胞分選儀，從中篩選出熒光染色細胞，結果顯示被篩選出來的絕大多數是領鞭毛類細胞，即以細菌為食的掠食性真核生物。之後研究小組除了對原核生物基因組排序之外，還在領鞭毛類細胞中尋找細菌和古生菌，沃登稱，起初我們並未獲得什麼發現，但我們仍然對這項海洋勘測十分熱衷。

海洋勘測活動結束之後，博士後大衛·尼德姆（David Needham）決定挖掘冷凍海水樣本，從而確定是否存在細菌，結果尼德姆發現了迄今海洋中最大的細菌，以及第二種感染掠食性原生生物的細菌。沃登說：“透過尋找普通的微生物候選者，我們最初忽略了一種重要細菌，其具有獨特的組合結構。”

目前，這種海洋中最大的細菌被命名為“ChoanoVirus”，它具有8。7萬個鹼基，該細菌基因組很大，其蛋白質編碼尤其令研究人員感到興奮。在數以百計的蛋白質序列中，沃登帶領的研究團隊發現了3種視紫紅質——這是存在於人體等生物體內某些細胞膜中的光處理受體，例如視網膜需要視紫紅質才能看到物體。這種細菌基因組還將β-胡蘿蔔素分子與酶物質合成在視網膜中，β-胡蘿蔔素在視紫紅質中還起到光敏處理作用。相比之下，人類和大多數真核生物存在部分視紫紅質機制，必須從外部資源獲取β-胡蘿蔔素形成視網膜。

為了發現這些細菌視紫紅質在領鞭毛類宿主體內的可能性作用，研究人員在大腸桿菌中表達了細菌序列，並且發現光線會觸發蛋白質，開始泵送質子。可能存在的情況是，這些細菌實際上是在幫助細胞從太陽中獲取能量，沃登說：“這種情況是在捕食性細胞中絕對預想不到的，它是一種具有新功能的細菌，其功能並不存在於宿主生物體內。”

某些生物體利用視紫紅質從太陽光線中產生化學能，這並不是一項最新發現，幾十年前，科學家曾報道稱，嗜鹽古生菌（halophilic archaea）利用視紫紅質產生能量。2000年，沃登的研究同事埃德·德朗（Ed DeLong）曾指出，海洋細菌利用視紫紅質捕獲光能。此後海洋生物學家在海洋多種微生物中發現了這種奇特的新陳代謝方式，2019年，沃登帶領研究人員分析了海水樣本中視紫紅質含量丰度，並估測在海洋某些區域，視紫紅質從太陽光線中獲取的能量比葉綠素獲取的更多。

這項最新研究首次表明，細菌明顯具有掠奪性單細胞生物的功能。研究人員猜測，當有機質缺乏的時候，領鞭蟲類生物會透過視紫紅質機制獲得能量，或者幫助它們加速新陳代謝。

這項研究結論讓我們試圖瞭解宿主體致病影響之外的感染過程，或許ChoanoViruses和其他細菌具有一些生存優勢，它們不是感染宿主並溶解細胞來傳播更多的細菌，這個概念在人類病毒學領域獲得了支援，但在海洋領域還是一個新概念，此前海洋細菌獲得的科學關注較少。迄今為止，科學家已經發現有間接證據表明海洋細菌與宿主之間存在共生關係。（葉傾城）