令人驚訝的發現:細菌會懲罰“害群之馬” 並在其社區內執行公平原則
一項研究顯示,細菌可以有”唾棄”行為不軌的同類的的行為。被吃白食的人惹惱了?你並不孤單,佔別人的便宜是一個影響所有物種的問題,不僅僅是人類。事實上,這種自私的行為在動物界並不罕見,甚至連作弊的細菌物種也會表現出這種行為。
約克大學領導的一個研究小組揭示了一個更耐人尋味的事實,該小組調查了細菌的群聚感應特性,這是一種複雜的合作類型,允許細菌根據人口密度調節基因表達。
來自凱斯西儲大學和約克大學的研究人員合作開展了這項研究,該研究最近發表在《PLOS計算生物學》雜誌上。他們驚奇地發現,細菌群落可以為了擺脫佔便宜的個體而不惜傷害自己。
約克大學拉松德工程學院的安德魯-埃克福德(Andrew Eckford)副教授是這項研究的資深作者,他說:”我們沒有想到會看到這種行為,甚至可以稱之為’唾棄’。但它表明,擁有群體數量感應能力是一個非常靈活的執行公平的工具。”
在這項研究中,科學家們調查了群聚感應機制如何調節共享資源的供應,例如將食物來源轉化為有用的營養物質的酶。當偷吃者在不創造酶的情況下偷取營養物質時,他們發現即使整個社區受到影響,偷吃者也會受到懲罰,類似於當一個不受歡迎的訪客潛入時宣布取消盛宴的做法。此外,如果吃白食的現像很普遍,而且沒有其他食物可用,那這種機制可能會使整個群體挨餓。
“對於一個細菌來說,為社區做出貢獻是很昂貴的,所以對於一個自私的個體來說,最好是簡單地接受所提供的東西而不給予任何回報,”主要作者Alex Moffett解釋說,他在研究時是約克大學的博士後研究員。”但顯然這對每個細菌都不好,所以社區需要一種方法來阻止不良行為。”
莫菲特和他的同事們發現,這些微生物沒有依靠”榮譽系統”,而是使用群聚感應的方式來壓制偷懶者。為了進一步了解群聚感應與其他控制公共物品生產的策略相比如何,他們使用了數學建模。
共同作者、俄亥俄州克利夫蘭市凱斯西儲大學數學、應用數學和統計學教授彼得-J-托馬斯說:”我們的模型既能捕捉到’作弊’菌株–它們不生產公共物品但卻能從中受益–接管一個種群的可能性,也能捕捉到該種群在滅絕之前平均能持續多久。”
由於群聚感應在細菌感染中起著重要作用,例如影響囊性纖維化患者的肺部感染,研究小組希望應用這項研究的結果來理解和破壞此類疾病。”Moffett補充說:”這將幫助我們了解細菌如何能夠如此有效地在肺部定居,這可能為新的治療方法指明方向。”