Science：軍備競賽的協(xié)調員

日期：2012-09-10 09:26:52

競爭是所有大大小小生物體進化的一個強有力的驅動力：那些裝備最好獲取得到資源的個體能夠適應不同的環(huán)境并繁殖，而其他的或許就會遭到淘汰。許多的生物體如哺乳動物、鳥類和昆蟲，也會形成合作社會結構使得資源在一個種群內得到捍衛(wèi)和分享。

然而令人驚訝的是，即便是被認為只能戰(zhàn)勝最鄰近它們的生物獲得資源才能茁壯生長的微生物也具有一定程度的復雜社會結構。來自麻省理工學院的科學家們近期發(fā)現(xiàn)的證據表明某些海洋微生物利用了對自身群體內近親無害，但對外人致命的化學武器。

由少數(shù)個體生成的這種武器是天然的抗生素，其最近的親屬攜帶著使它們耐受的基因。研究人員相信這些少數(shù)的抗生素生產者充當了許多其他微生物的保護者，利用抗生素來保護群體不受競爭者侵害或攻擊鄰近的種群。

這篇論文發(fā)表在9月7號《科學》（Science）雜志上。首席研究員、麻省理工學院土木與環(huán)境工程系Martin Polz教授說：“我們不知道真正的環(huán)境互作是什么樣，因為微生物太小以致我們無法觀察它們的行為。但是我們認為抗生素在抵御競爭對手方面發(fā)揮了作用。當然，這些競爭者也能夠生成抗生素。這是一場潛在的軍備競賽。”

海洋微生物群是通過遺傳相似性和共享的生態(tài)活動來進行定義，例如首選的微生境——自由漂浮或附著藻類——或是它們獲取一種特殊物質的能力。由于群體中的近親具有非常相似而不相同的資源需要，它們不可避免地也會成為彼此強有力的競爭者。

這使得涉及抗生素的合作加倍地令人驚訝，因為生成抗生素是一種“自私”基因的典型范例，它能夠增加攜帶這種基因的個體的適應性或繁殖率。在一個嚴格的競爭環(huán)境中，微生物利用這種優(yōu)勢來對抗它最近的親屬。但現(xiàn)在看來好像這種競爭受到一些社會關系的調控，在此處一些個體生成的抗生素充當了“公共貨物”：這些產品使得群體受益，而不僅僅是個體。

這種從種群分化為生成抗生素的個體，這些具有抗性的微生物是微生物群體通過社會作用進行了勞動分工的首個證明之一。這一觀察還提供了一種解釋為何如此多的基因不規(guī)則地分布在密切相關的微生物基因組間。至少其中的一些基因有可能導致了野外細菌緊密結合社會單位的建立。

論文的第一作者、博士后Otto Cordero 說：“很容易想象環(huán)境中的細菌是只要條件許可就會盡快繁殖，沒有任何社會組織的自私生物。但這是令人興奮的部分：細菌的戰(zhàn)爭是沿著群體線路有組織的，這些群體是密切相關的具有相似生態(tài)活性的類群。”

研究還揭示了一個未開發(fā)的抗生素資源，可能有潛力幫助對抗快速對使用的少數(shù)抗生素形成耐受的人類細菌病原體。幾乎所有的抗生素都是由土壤活細菌生成。

為了獲得這些發(fā)現(xiàn)，研究人員測試了195個取自海洋的弧菌株間3.5萬個相互作用。他們發(fā)現(xiàn)44%的菌株能夠抑制至少一種其他菌株的生長，86%的至少被其他的一種菌株抑制。他們隨后利用遺傳分析確定了遺傳親屬。