人类的天敌是细菌,细菌的天敌是什么?科学家:它们的样子很科幻

作为地球上数量最多的生物,细菌对地球生态环境有着不可替代的重要地位,但与此同时,很多细菌都对人类极为不友好,这些无处不在的细菌就像一个个面目狰狞的怪兽,它们仗着个头极小、数量极多,随时都不怀好意地潜伏在我们身边,一有机会就会对我们发动攻击,在日常生活中只要稍不注意,我们就会受到它们的侵袭,运气不好的话就会生病。

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在过去的几百万年时间里,被细菌夺走生命的人类多得难以计数,因此如果要说人类在地球上的天敌是什么,细菌绝对是“最佳候选者”之一。现在问题就来了,人类的天敌是细菌,细菌的天敌是什么?对此,科学家告诉我们,其实细菌也有天敌,而且它们的样子很科幻(如下图所示)。

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科学家将它们称之为“噬菌体”,1915年,英国细菌学家弗德瑞克.特沃特(Frederick W.Twort)在实验中首次发现了这种“生物”。为什么要在“生物”二字加上引号呢?原因是科学家发现噬菌体其实就是一种病毒,而病毒究竟能不能算是一种生物,目前科学界还并没有给出明确的结论。

噬菌体的头部是一个20面体结构,在这里面装着它们的遗传物质,大多数噬菌体都有一条长着腿状纤维的“长尾巴”,在头部和尾部之间由一个中空的针状结构连接。这样的造型让它们的样子很科幻,但实际上这是一种病毒常见的正多面体结构(正多面体是最简单的多面体结构,分为4、6、8、12、20面体五种,在体积一样的情况下,20面体是最节约材料的)。

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噬菌体在地球上分布极广,可以说凡是有细菌的地方就有噬菌体的存在,而且其数量常常比细菌还要多出不少。不过我们也不必为此担忧,因为虽然噬菌体是一种病毒,但是它们对我们人类没有一点“兴趣”,它们的攻击目标只是细菌(“噬菌体”这个名字就是由此而来)。

噬菌体一般都是“术有专攻”,一种噬菌体通常都只会选择同一种类型(或者非常相似)的细菌,当它们遇到自己喜欢的“菜”时,会利用尾部的纤维固定在细菌的表面,在此之后,它们会将自身中空的针状结构刺进细菌的表层,然后将自己的遗传物质“注射”进细菌体内。

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(上图为噬菌体正在向一个倒霉的细菌体内注射遗传物质)

噬菌体的遗传物质进入某个细菌体内之后,根据噬菌体的种类不同,这个细菌会有两种不同的遭遇。

第一种是烈性噬菌体,遇到了这类噬菌体,这个细菌就会很快完蛋。烈性噬菌体的子代会在细菌的体内通过复制的方式迅速增殖,当这些新的子代噬菌体占满了之后,它们就会产生一种能打穿细菌细胞膜的酶(内溶素),这会使细菌内部的压力不断增加,当内部压力超过细菌能承受的极限时,这个细菌就会“嘭”的一声裂开(如果能听到的话),于是新的噬菌体就被释放出来了,接下来,它们又会去寻找下一个目标,并将上述的过程再来一次。

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第二种是温和噬菌体,当它们的遗传物质进入某个细菌体内之后,不会像上述烈性噬菌体那样迅速复制,它们的基因会整合到这个细菌的染色体上,并跟着细菌的染色体一起复制,科学家将其称之为“前噬菌体”。然而这种状态不会一直持续下去,在某些特定的条件下,前噬菌体也会脱离该细菌的染色体,然后在细菌体内自主增殖,最后这个可怜的细菌还是会“嘭”的一声……

由此可见,噬菌体完全可以称得上是细菌的天敌,正是有噬菌体的存在,地球上的细菌数量才得到了抑制。然而生命自有生存之道,细菌并没有“束手待毙”,在过去的几十亿年的时间里,细菌也进化出了一些功能来对自己的天敌进行反击,其反击方式主要也分为两种。

第一种反击方式是合成一种能够降解外来遗传物质的酶(限制性内切酶),当噬菌体入侵时,这些酶可以有效地将其降解。

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第二种反击方式类似于我们人类的免疫机制,在细菌的基因组内,有一段名为“CRISPR”的重复序列,噬菌体正是将自己的基因整合在这里。针对这一点,细菌进化出了一种被科学家称为“CRISPR-Cas9”的系统,利用这个系统,细菌可以保存在过去曾经遭遇到的噬菌体的基因组片段,当再次遇到这种噬菌体时,细菌就可以对其进行识别,然后通过一种名为“RNA干扰”的方式来阻止噬菌体的复制,甚至直接将噬菌体的基因从自己的基因组中移除。

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需要指出的是,虽然细菌这两种反击方式非常有效,但是噬菌体也不是没有办法,作为一种病毒,它们的“拿手好戏”就是不停地变异、再变异,直到你认不出我为止。可以想象的是,噬菌体变异了,细菌也会跟着做出相应的改变,但始终会“慢一拍”,于是就出现了一个相对平衡的局面,即细菌的个体数始终都维持在某个数量级,而噬菌体这个细菌的天敌也不会“饿死”。就这样,细菌和噬菌体在地球上争斗了几十亿年,直到现在也没有停止。

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