权利的游戏:细菌战争实录

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摘要

除了进攻模式,细菌还进化出了防御策略.有时候两败俱伤并不是… 在这个微型战场上,细菌们依然上演着它们“权力的游戏”!/End….

细菌生活在拥挤的世界里,它们相互依存,共享和交换各种有益的化合物。然而,生活并不总是对你温柔以待。细菌也经常面临其他武装到牙齿的敌人,它们分泌毒素,病毒“雇佣兵”,甚至“毒矛”。因此,“监视系统”以及与邻邦的“交涉”能力成为它们进化成功的关键。

 

如同动物一样,细菌也喜欢“争斗”,它们为了争夺更好的领地而大打出手。所谓上兵伐谋,虽然是单细胞生物,在“微型战场”上,细菌们也是讲究战略和战术的。下面请跟随我,一起进入细菌战场。

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先发制人

大多数细菌能产生抗菌化合物,如抗生素,细菌素和其他类型的毒素。这些化合物使它们能够抑制其他细菌并确保充足的空间和资源。分子微生物学揭示了毒素的产生通常由与应激反应和细胞损伤相关的调节系统控制。在探测到“敌菌”的存在时,细菌便第一时间出击,发动“毒战”!


细菌会自发产生几种不同的大肠菌素,足以抑制附近的敏感型竞争者的生长,这种自发行为是一种先发制人的进攻战略。它的特点是细菌以牺牲一小部分同胞的方式来换取分泌细菌素后所能获得的保护作用。


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细菌素是细菌用于调控菌群结构的一种有力武器。细菌素作为细菌生活中的一种竞争利器,既有利于细菌素生产菌侵入一个原本稳定的微生物区系,也可以作为一种防御武器,防止自身建立的稳定区系受到其他细菌的侵犯。

 

每种菌都使用特定的毒素来“打压”其竞争对手。不同菌株对其自身的毒素是免疫的,但可以杀死其他细菌。这种“互怼”模式,在细菌在人类肠道建立起自己领地起到了关键性得作用。

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协同作战

细菌处理“冲突”的方式与军队非常相似,除了上述的“单兵作战”,还有通过协调一致的集体行动来应对威胁。细菌已经进化出了一套系统,使它们能够评估细胞的密度,资源竞争的强度以及竞争者的存在,从而相应地改变它们的个体和集体行为。

 

一些细菌不仅可以检测来自毒素的攻击,还可以迅速作出反应,提醒其它的细菌做好防卫。“情报人员”将情报传入阵中,让其他将士能够及时商讨对策,集体配合作战。

 

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当单兵作战模式与自诱导(autoinduction)相结合,细菌便产生协同作战模式来应对攻击。当自诱导细菌感应到新的攻击(如DNA损伤)时,其通过局部释放毒素,吹响战斗的号角。即使它们最初不受敌菌的影响,也会上调毒素的产生和释放。其结果是迅速和大规模的反击,从而消除入侵的敌菌。


以牙还牙

以上的战斗相对来讲属于“中远距离作战”,并不会与敌菌短兵相接。一旦正面接触,细菌们也是毫不手软,它们会使用自己的VI型分泌系统(T6SS),这些分子“毒矛”直接将毒素直接刺入敌菌心脏。

 

俗话说,礼尚往来。你捅我一下,那我自然也要捅回去。细菌不仅可以探测到另一种类型的VI型攻击,而且可以在攻击地点发动自己的“毒矛反击战”。例如铜绿假单胞菌,它便会对T6SS的攻击做出同样的“回击”。


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而一旦细胞被T6SS裂解,裂解物即可诱导邻近细菌产生的其他抗菌化合物以及发动T6SS攻击。这表明细菌不仅直接感知,而且可以间接地通过相邻细胞造成的损害而感知来自“敌方”的进攻。

攻防有道

打仗讲究攻守兼备,所谓守必固、攻必克。除了进攻模式,细菌还进化出了防御策略。有时候两败俱伤并不是件好事,与其让冲突升级,不如各自退守一步。


生物膜就是这样一种防守体系,它不是像抗生素、细菌素那样的武器,而是一排“战车”,这样既可以保护细菌,又可以从安全的位置发动反击。抗生素降解是链霉菌和其他物种中众所周知的防御策略,通过酶如β-内酰胺酶破坏竞争者抗生素的结构和功能。

 

然而,一个有兴趣的现象是,被抑制的细菌实际上也在减少释放毒素。这种现象我们在自然纪录片中也都见过,例如北极熊的战斗。这些冲突一般很快就会结束,一方会选择败退而不会继续正面硬干。

 

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经济学和生物学中的大量理论支持了这一本能:避免冲突与攻击本身一样有效。因此,一旦感知到竞争对手,一些细菌可能选择减少释放抗生素,类似冷战,双方都按兵不动,保存实力。

 

看似简单的生物体可以以非常复杂的方式运作,它们的行为比我们以为的更为复杂。虽然有这么多的战斗模式,但其实我们对细菌“战术”背后的进化逻辑知之甚少。


生态竞争是细菌如何以及为何对环境做出反应的重要因素,但我们只揭开了冰山一角。在这个微型战场上,细菌们依然上演着它们“权力的游戏”!

/End.

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回复文字:果然科学,看一篇好玩的科普文。