出乎意料的細菌細胞活動提供了關於地球上以及可能在其他世界上的極端狀態下的生命的見解。一些細菌會選擇進入休眠狀態，當它們面臨飢餓和緊張的條件時，它們的生命過程就會停止。這些被稱為孢子的細胞可以通過進入深度休眠狀態來抵禦高溫、高壓甚至太空的惡劣環境的懲罰。

當合適的環境出現時，可能已經休眠多年的孢子最終可能會在幾分鐘內甦醒並重新煥發活力。

孢子通過補水和重新啟動其新陳代謝和生理功能而甦醒。但是直到現在，科學家們還不確定孢子是否能在”沉睡”中監測其周圍環境而不被喚醒。特別是不知道孢子如何對並不明確表示有利條件的模糊環境信號作出反應。孢子是無視這種混合條件還是注意到了？

一張顯微鏡圖像展示了幾個孢子，它們的電化學電位根據信號的強度用顏色編碼。資料來源：Süel實驗室-Kaito Kikuchi 和Leticia Galera

加州大學聖地亞哥分校的生物學家在最近發表在《科學》雜誌上的一項研究中解開了這個謎團。來自生物科學學院的研究人員發現，儘管保持生理上的死亡，但孢子有一種評估其周圍環境的非凡能力。他們發現，孢子採用儲存的電化學能量來檢測條件是否適合恢復正常功能的生活，很像一個電容器。

分子生物學系教授Gürol Süel說：”這項工作改變了我們對孢子的思考方式，孢子被認為是惰性物體。我們的研究表明，處於深度休眠狀態的細胞有能力處理信息。我們發現，孢子可以釋放它們儲存的電化學勢能來進行有關其環境的計算，而不需要新陳代謝活動”。

許多細菌物種形成了孢子–部分脫水的細胞，周圍有彈性的保護層–作為一種生存策略，使它們能夠保持數千年的休眠狀態。這種非凡的能力使它們成為細菌性炭疽病的威脅，也是醫藥和食品工業的污染危險。

Süel和他的同事們測試了休眠的枯草桿菌孢子是否能夠感知短暫的環境信號，這些信號並不強烈，不足以引發生命的恢復。他們發現，孢子能夠計算這種小的輸入，如果總和達到一定的閾值，它們將決定退出休眠狀態並恢復生物活動。

研究人員開發了一個數學模型來幫助解釋這個過程，他們發現孢子使用一種被稱為”整合-發射”的機制，基於鉀離子的通量來評估周圍環境。他們發現，即使是短暫的有利信號，孢子也會做出反應，而這些信號不足以觸發脫離休眠狀態。孢子不是被喚醒，而是對每個小的輸入作出反應，釋放它們儲存的一些鉀，然後對連續的有利信號進行匯總，以確定條件是否適合退出。這種累積信號處理策略可以揭示外部條件是否確實有利，並防止孢子”跳槍”進入一個不利條件的世界。

定製藝術圖展示了一個由稱為孢子的細菌細胞製成的算盤，用於計算刺激

孢子處理信息的方式與我們大腦中神經元的運作方式相似。在細菌和神經元中，小而短的輸入隨著時間的推移被加起來，以確定是否達到了一個閾值。在達到閾值後，孢子啟動它們的生命回歸，而神經元則發射一個動作電位，與其他神經元溝通。有趣的是，孢子可以在不需要任何代謝能量的情況下進行這種信號整合，而神經元是我們身體中最依賴能量的細胞之一。

研究人員認為，關於孢子的新信息重新構建了關於細胞處於看上去似乎已經死亡的極端的休眠狀態的流行觀點。這樣的發現對於評估諸如流星等物體上的生命以及尋求生命證據的太空任務具有意義。

Süel說：”這項工作提出了應對病原體孢子構成的潛在威脅的替代方法，並對期望從地外生命中獲得什麼有影響，”他與聖地亞哥系統生物學中心、生物電路研究所和微生物組創新中心有聯繫。”如果科學家在火星或金星上發現了生命，它很可能處於休眠狀態，我們現在知道，一個看似完全惰性的生命形式可能仍然有能力思考其下一步。”