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细菌,比你想象得更聪明

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发表于 2020-12-6 15:55:05 | 显示全部楼层 |阅读模式
提到细菌,您肯定不陌生。它们是地球上最原始也最基础的生命形态,但细菌却并不低贱卑微,除了在生物圈中发挥不可或缺的重要功能,它们还具有令人咋舌的智慧。

关于这一点,格雷戈·贝尔在1984发表的科幻名篇《血里的音乐》里有过精彩的描述:

为了简化过程,我把最为成功的这种核蛋白送进细菌内,使复制和结合更加容易,然后我使它们长期留在细菌内,使它们和细胞相互作用。它们被编制了启发式程序,能教育自己,比我原来给它们编制的更好。细胞供给电脑以化学密码信息,电脑则处理信息得出结果,于是这些细菌变得聪明起来。我的意思是:它们的智商足以抵得上涡虫。想想看,能和涡虫同样聪明的大肠杆菌!
细菌,比你想象得更聪明-1.jpg


电子显微镜下的大肠杆菌

如今,贝尔的想象得到了科学实验的证明。2009年7月的《生物工程》杂志上发表的一篇研究报告指出,大肠杆菌居然能解决复杂的数学难题。

这些小东西是怎么做到的呢?

原来,它们都经过了基因改造,从而具备了一定的计算功能,从整体上看就相当于一台计算机。这种细菌计算器可以轻松地解决著名的数学难题:汉弥尔顿路径问题。比方说,找出从美国东海岸的纽约到西海岸的圣何塞的最短路径,前提是必须经过美国的十大城市,而且只能经过一次。

这个问题看似简单,实际上却十分棘手,因为可供选择的路径多达三百五十万条。普通计算机必须逐一尝试这些路径,最后找出最小值。但数以百万的细菌构成的计算机却能同时尝试所有路径。可以想见,如果这种计算机的功能大大提升的话,它将会轻松打败任何硅片计算机。

细菌不仅是数学家,还是艺术家。请看下面两幅图,它们并非出自人类之手,而是细菌的杰作:

细菌,比你想象得更聪明-3.jpg


科学家在实验室中模拟严酷的自然环境,菌落在受到刺激后就变成了这样的形态。实际上,所谓的艺术,是细菌生存策略的展示。数以亿计的细菌之所以能够做出协调一致的反应,是与它们之间的通信分不开的。换言之,细菌之间存在着独特的“语言”。

这种“语言”其实是一种被称为自诱导物质的信号分子。胞外的自诱导物质的浓度能随细菌密度的增加而增加,达到一个临界浓度时,自诱导物质就会启动菌体中相关基因的表达,调控细菌的生物行为,如产生毒素、形成生物膜、产生抗生素、生成孢子等,以适应环境的变化。

更加神奇的是,普林斯顿大学的分子生物学家波妮·巴斯勒发现,所有细菌的“语言”具有相同的“词根”,即相同的分子结构:


(美编替换英文,从上到下:种间通信,液化沙雷菌,哈维氏弧菌,费氏弧菌,根癌土壤杆菌,绿脓杆菌)

仔细想想,细菌的这些本领并非那么匪夷所思,因为细菌是整个生命大厦的基石,生命的许多基本特征都是在细菌阶段形成的,比如优胜劣汰、适者生存的进化法则。

美国德州大学奥斯丁分校的乔治·乔吉欧教授曾做过这样一个实验,通过基因改造,让一组细菌丧失制造二硫键的能力,由于二硫键对鞭毛的形成至关重要,而鞭毛就像船桨一样,可以帮助细菌游动,所以这组细菌全是“残废”。培养基中的菌群在消耗完身边的食物后,便面临着生死抉择:要么游开寻找新的食物,要么待在原地等死。结果,大多数细菌都没能逃过严酷的自然淘汰,但不论进行多少次实验,都至少有一只细菌能自发地生成一种新的二硫键,从而存活下来。

这就是进化的力量,正是因为细菌有这样的力量,屡经劫难的地球生命才能繁衍至今,形成庞大而精妙的生物圈。

从这种角度说,细菌不止是聪明,而且还值得敬佩呢。


本文版权归原作者中国数字科技馆所有,如有侵权请联系管理员删除,原文地址:https://m.toutiao.com/i6189440695540367874/
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