首先，細(xì)菌看到存儲(chǔ)記憶并將它們傳給幾代人

根據(jù)一項(xiàng)新的研究，一個(gè)沒(méi)有大腦或神經(jīng)系統(tǒng)的單細(xì)胞生物仍然可以形成記憶并將這些記憶傳遞給后代。

無(wú)處不在的細(xì)菌，大腸桿菌是研究最充分的生命形式之一在地球上，但科學(xué)家們?nèi)栽诎l(fā)現(xiàn)它生存和傳播的意想不到的方式。

德克薩斯大學(xué)和特拉華大學(xué)的研究人員現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了一種潛在的記憶系統(tǒng)，該系統(tǒng)允許大腸桿菌在幾個(gè)小時(shí)和幾代人之后“記住”過(guò)去的經(jīng)歷。

研究小組表示，據(jù)他們所知，這種細(xì)菌記憶以前從未被發(fā)掘過(guò)。

顯然，科學(xué)家在這種情況下討論的記憶與有意識(shí)的人類記憶不同。

細(xì)菌記憶現(xiàn)象描述過(guò)去經(jīng)驗(yàn)中的信息如何影響當(dāng)前的決策。

“細(xì)菌沒(méi)有大腦，但它們可以從環(huán)境中收集信息，如果它們經(jīng)常遇到這種環(huán)境，它們可以存儲(chǔ)這些信息，并在以后快速訪問(wèn)它，以造福它們。解釋來(lái)自UT的首席研究員分子生物學(xué)家Souvik Bhattacharyya。

Bhattacharyya及其團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)基于10,000多種細(xì)菌“蜂群”測(cè)定的強(qiáng)烈關(guān)聯(lián)。

這些實(shí)驗(yàn)正在測(cè)試是否大腸桿菌單個(gè)板上的細(xì)胞會(huì)聚集在一起，形成一個(gè)以相同電機(jī)移動(dòng)的遷移團(tuán)塊。這種行為通常表明細(xì)胞正在聯(lián)合起來(lái)有效地尋找合適的環(huán)境。

另一方面，當(dāng)大腸桿菌細(xì)胞聚集在一起形成粘性生物膜，這是它們?cè)跔I(yíng)養(yǎng)表面定植的方式。

在最初的實(shí)驗(yàn)中，研究人員暴露大腸桿菌細(xì)胞對(duì)幾種不同的環(huán)境因素進(jìn)行觀察，看看哪些條件觸發(fā)蜂群最快。

最終，研究小組發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞內(nèi)鐵是細(xì)菌移動(dòng)還是停留的最強(qiáng)預(yù)測(cè)因子。

低水平的鐵與更快、更有效的蜂群有關(guān)，而高水平會(huì)導(dǎo)致更穩(wěn)定的生活方式。

在第一代中大腸桿菌細(xì)胞，這似乎是一種直覺(jué)反應(yīng)。但是，在經(jīng)歷了一次蜂群事件之后，在生命后期經(jīng)歷低鐵含量的細(xì)胞在蜂群中比以前更快、更有效。

更重要的是，這種“鐵”記憶被傳遞給至少四代連續(xù)的子細(xì)胞，這些子細(xì)胞是由母細(xì)胞分裂成兩個(gè)新細(xì)胞形成的。

到了第七代子細(xì)胞，這種鐵記憶自然而然地消失了——盡管如果科學(xué)家人為地強(qiáng)化它，它可以重新獲得。

該研究背后的作者尚未確定潛在記憶系統(tǒng)或其可遺傳性背后的分子機(jī)制，但細(xì)胞內(nèi)鐵和代際蜂群行為之間的密切關(guān)聯(lián)表明存在一定程度的持續(xù)條件反射。

而表觀遺傳學(xué)已知在以下方面發(fā)揮作用通過(guò)“記住”的生物環(huán)境通過(guò)幾代人大腸桿菌通過(guò)調(diào)節(jié)特定基因的“開(kāi)”和“關(guān)”設(shè)置，研究人員認(rèn)為遺傳力持續(xù)時(shí)間短意味著這不是這里的主要機(jī)制。

鐵與細(xì)菌的多種應(yīng)激反應(yīng)有關(guān)。對(duì)于圍繞它形成的代際記憶系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在進(jìn)化上有很大的意義。

鐵基記憶系統(tǒng)可能會(huì)有所幫助大腸桿菌適應(yīng)惡劣的環(huán)境條件或抗生素。

單個(gè)大腸桿菌細(xì)胞可以半小時(shí)內(nèi)翻倍，因此將這種記憶傳遞給子細(xì)胞的能力在緩慢變化的環(huán)境中也可能是有益的。

“在地球大氣中有氧氣之前，早期的細(xì)胞生命利用鐵進(jìn)行許多細(xì)胞過(guò)程，”說(shuō)巴塔查里亞。

“鐵不僅對(duì)地球生命的起源至關(guān)重要，而且對(duì)生命的進(jìn)化也至關(guān)重要。細(xì)胞以這種方式利用它是有道理的。

“最終，”Bhattacharyya總結(jié)“我們對(duì)細(xì)菌行為了解得越多，就越容易對(duì)抗它們。

該研究發(fā)表在PNAS國(guó)際科學(xué)院院刊.

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