科学家发现迄今最大海洋细菌：能从阳光中获取能量

据外国媒体报道，科学家在海水样本中发现了迄今为止最大的海洋细菌，它们可以从太阳光线中获取能量。

几年前，一台价值80万美元的高精度医用荧光激活细胞分选仪被吊在起重机上，装载到一艘海洋研究船上。与此同时，海洋微生物生态学家亚历山德拉·沃顿和他的同事正准备在大西洋扬帆起航，收集单细胞真核生物，并将其分离出来进行单细胞基因组测序。这项海洋研究活动也在太平洋寻找古细菌、细菌和其他与微生物有关的生物。沃尔登和他的同事希望收集海水样本并带回实验室进行分析，但这种做法可能会影响样本的生物多样性。他们最终决定把实验室搬到勘测现场。

起重机运行平稳，细胞分选器安全地在船上。科学研究人员和船员开始了这次航行。他们收集海水样本，用荧光染色的细胞制造食物液泡，标记那些积极进食的生物，然后把海水样本送到细胞分选仪，筛选出荧光染色的细胞。结果表明，大多数筛选的细胞是鞭毛细胞，即捕食细菌的真核生物。此后，除了对原核生物的基因组进行测序，研究小组还在鞭毛细胞中寻找细菌和古细菌。沃尔登说，起初我们没有发现任何东西，但我们仍然对海洋调查非常热情。

海洋调查后，博士后大卫·李约瑟决定挖掘冷冻海水样本，以确定是否有细菌。结果，尼德兰发现了海洋中最大的细菌和第二种感染食肉原生动物的细菌。沃尔登说:“通过寻找常见的候选微生物，我们最初忽略了一种重要的细菌，它具有独特的组合结构。”

目前，海洋中最大的细菌被命名为“ChoanoVirus”，它有87000个碱基。这种细菌的基因组非常大，其蛋白质编码尤其让研究人员兴奋。在数百种蛋白质序列中，沃尔登的研究小组发现了三种视紫红质光加工受体，它们存在于生物体(如人体)的一些细胞膜中。例如，视网膜需要视紫红质才能看到物体。细菌基因组也将β-胡萝卜素分子和酶物质合成到视网膜中，β-胡萝卜素也在视紫红质中起光敏作用。相比之下，人类和大多数真核生物都有部分视紫红质机制，而β-胡萝卜素必须从外部来源获得才能形成视网膜。

为了发现这些细菌视紫红质在鞭毛虫宿主中的可能作用，研究人员在大肠杆菌中表达了细菌序列，并发现光触发蛋白质并开始泵送质子。沃尔登说，可能的情况是，这些细菌实际上在帮助细胞从太阳获取能量。“这种情况在食肉细胞中是绝对意想不到的。这是一种具有新功能的细菌，其功能不存在于宿主机体中。”

一些生物利用视紫红质从太阳光线中产生化学能。这不是最新的发现。几十年前，科学家报道说嗜盐古菌利用视紫红质产生能量。2000年，沃尔登的研究同事埃德·德龙(Ed DeLong)指出，海洋细菌利用视紫红质捕捉光能。从那以后，海洋生物学家在各种海洋微生物中发现了这种特殊的代谢模式。2019年，沃尔登带领研究人员分析了海水样本中视紫红质的丰度，并估计在海洋的某些区域，视紫红质从太阳光线中获得的能量比叶绿素多。

这项最新研究首次表明，细菌显然具有捕食单细胞生物的功能。研究人员怀疑，当有机物稀缺时，鞭虫生物会通过视紫红质机制获得能量，或者帮助它们加速新陈代谢。

这项研究的结论使我们试图了解感染的过程超出了宿主的致病影响。或许ChoanoViruses和其他细菌有一些生存优势。它们不是被感染的宿主，溶解细胞来传播更多的细菌。这一概念在人类病毒学领域获得了支持，但在海洋领域仍是一个新概念，海洋细菌以前受到的科学关注较少。到目前为止，科学家已经发现了间接证据，证明海洋细菌和它们的宿主之间存在共生关系。(叶青城)