科学探索|令人惊讶的发现:细菌会惩罚“害群之马” 并在其社区内执行公平原则

一项研究显示,细菌可以有"唾弃"行为不轨的同类的的行为 。被吃白食的人惹恼了?你并不孤单,占别人的便宜是一个影响所有物种的问题,不仅仅是人类 。事实上,这种自私的行为在动物界并不罕见,甚至连作弊的细菌物种也会表现出这种行为 。
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【科学探索|令人惊讶的发现:细菌会惩罚“害群之马” 并在其社区内执行公平原则】约克大学领导的一个研究小组揭示了一个更耐人寻味的事实,该小组调查了细菌的群聚感应特性,这是一种复杂的合作类型,允许细菌根据人口密度调节基因表达 。
来自凯斯西储大学和约克大学的研究人员合作开展了这项研究,该研究最近发表在《PLOS计算生物学》杂志上 。他们惊奇地发现,细菌群落可以为了摆脱占便宜的个体而不惜伤害自己 。
约克大学拉松德工程学院的安德鲁-埃克福德(Andrew Eckford)副教授是这项研究的资深作者,他说:"我们没有想到会看到这种行为,甚至可以称之为'唾弃' 。但它表明,拥有群体数量感应能力是一个非常灵活的执行公平的工具 。"
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在这项研究中,科学家们调查了群聚感应机制如何调节共享资源的供应,例如将食物来源转化为有用的营养物质的酶 。当偷吃者在不创造酶的情况下偷取营养物质时,他们发现即使整个社区受到影响,偷吃者也会受到惩罚,类似于当一个不受欢迎的访客潜入时宣布取消盛宴的做法 。此外,如果吃白食的现象很普遍,而且没有其他食物可用,那这种机制可能会使整个群体挨饿 。
"对于一个细菌来说,为社区做出贡献是很昂贵的,所以对于一个自私的个体来说,最好是简单地接受所提供的东西而不给予任何回报,"主要作者Alex Moffett解释说,他在研究时是约克大学的博士后研究员 。"但显然这对每个细菌都不好,所以社区需要一种方法来阻止不良行为 。"
莫菲特和他的同事们发现,这些微生物没有依靠"荣誉系统",而是使用群聚感应的方式来压制偷懒者 。为了进一步了解群聚感应与其他控制公共物品生产的策略相比如何,他们使用了数学建模 。
共同作者、俄亥俄州克利夫兰市凯斯西储大学数学、应用数学和统计学教授彼得-J-托马斯说:"我们的模型既能捕捉到'作弊'菌株--它们不生产公共物品但却能从中受益--接管一个种群的可能性,也能捕捉到该种群在灭绝之前平均能持续多久 。"
由于群聚感应在细菌感染中起着重要作用,例如影响囊性纤维化患者的肺部感染,研究小组希望应用这项研究的结果来理解和破坏此类疾病 。"Moffett补充说:"这将帮助我们了解细菌如何能够如此有效地在肺部定居,这可能为新的治疗方法指明方向 。"