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阿米巴原虫的世界

2019-09-12 308粘菌

作弊者可能在短期内获得成功,但随着时间的推移,他们似乎注定要失败,至少在阿米巴原虫的世界里,自然选择有利于高尚的人。

但是为什么呢?“适者生存”难道不应该给狡猾的骗子一个优势吗?不一定,因为阿米巴原虫为了所有人的利益而合作,甚至为此而牺牲,它们把自己的基因武器带到了战斗中。

莱斯大学(Rice University)和贝勒医学院(Baylor College of Medicine, BCM)的研究人员正在剥离决定社会变形虫群体如何抵制骗子改变力量平衡的努力的策略。

在《自然》杂志上发表的研究中,水稻进化生物学家Joan Strassmann和David Queller与BCM遗传学家Gad Shaulsky合作,研究利他突变体如何帮助单细胞阿米巴原虫维持合作行为。

盘基网柄菌

在一篇名为《星际迷航》(Star Trek)的粉丝们注意到的《反作弊者》(cheator -resistance is not徒劳》)的论文中,他们发现一种粘菌:盘基网柄柄菌(dictyostostdisideum)发生变异,以阻止“作弊者”,迫使他们脱离生殖链。盘基网柄菌是一种阿米巴原虫,以森林土壤中腐烂的植物为食。

盘基网柄菌之所以吸引研究人员,是因为它们中的许多人愿意放弃自己的生命来拯救其他群体——这一特征在生命阶梯的各个层次都可以看到,但直到最近才在基因层面上得到研究。这些阿米巴原虫通常被称为粘菌,它们既不粘也不是霉菌。它们是独立的、以细菌为食的生物,独自生活,直到某一特定地点的食物耗尽。

当食物耗尽

阿米巴原虫的世界,当这种情况发生时,成千上万的阿米巴变形虫聚集成一个蛞蝓,作为一个整体向热和光的方向移动——这是食物的路标。当它们到达目的地时,蛞蝓前面的阿米巴虫牺牲了自己,变成了一根死去的纤维素茎。剩下的阿米巴原虫堆积在一起,结合在一起产生孢子,这些孢子不稳定地悬浮在茎上,直到风、昆虫或其他外力把它们带到更好的地方。整个结构被称为子实体,看起来像一个系在绳子上的小气球。

然而,在这一过程中,一些盘基网柄菌尽力呆在蛞蝓的尾部,从而避免了20%为集体利益而死的群体居民的命运。骗子们很高兴地把George S. Patton's的建议牢记在心:好士兵不会为他们的国家而死,他们会让其他人为他们的国家而死。

按照这种逻辑,研究人员指出,作弊者应该占主导地位。但是利他的变形虫——至少那些存活下来的变形虫——似乎知道队伍里什么时候有雀类,并利用它们基因密码中的武器来阻止作弊者。

“从某种程度上说,对作弊者的抵抗力已经进化出来,这并不奇怪,”莱斯大学的Harry C.和Olga K. Wiess教授说,他们共同撰写了这篇论文。“在这项研究中,Anu已经在分子水平上清楚而清晰地证明了这种对作弊者的反应。”

研究实验

研究人员发现,阿米巴原虫的世界,将欺骗细胞插入突变体中,会“选择”含有特定电阻基因的盘基网柄菌株。强大的欺骗者会把很大比例的利他细胞——对它们来说,抵抗确实是徒劳的——推到蛞蝓的前面,在那里它们会履行自己的职责,然后死去。但是一小部分有抵抗力的阿米巴原虫拒绝被推来推去,经过几代人的生长,这些有抵抗力的菌株开始占据主导地位。在孢子产生和萌发的第六个周期,耐药突变体的数量增加了100倍,对作弊者不利。

反复的实验表明,作弊者的存在不可避免地会导致对作弊者具有抵抗力的突变,而这种自发的突变实际上是最强大的(与研究人员将抗药性基因植入盘基网柄菌“野生”株时相比,这种情况更为严重)。总的来说,突变体保留了它们的利他特性。Strassmann说:“有趣的是,这些抵抗者是高尚的,因为他们自己并不剥削他们的祖先。”

当抵抗者、骗子和野生变形虫混合在一起时,研究人员惊奇地发现,这些抵抗骗子的菌株为原本毫无防御能力的野生变形虫提供了额外的保护——一种分子接种。

引用

Rice University. "In Amoeba World, Cheating Doesn't Pay." ScienceDaily. ScienceDaily, 12 October 2009.
www.sciencedaily.com/releases/2009/10/091001101324.htm.

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