期刊简介
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揭秘：蓝细菌季节感应，智慧过冬秘诀！
时间：2024-12-26 14:46:20
白昼变短意味着气温即将下降，鸟儿准备迁徙，动物开始贴膘，准备迎接冬天来临。然而，你可能不知道的是，地球上最简单的生物之一——蓝细菌也能感知季节变化，从而调整自身的基因表达，提高其在寒冷环境中的生存能力。这一发现为我们揭示了生命体对环境变化的惊人适应能力。
蓝细菌是一类单细胞原核生物，能通过光合作用产生氧气。它们最早诞生于30多亿年前，逐渐将地球大气层从无氧状态改造成有氧状态，使需氧生物得以出现和发展，是地球生物圈的基石。美国范德比尔特大学的研究小组在《科学》杂志上发表了一篇关于蓝细菌应对季节变化的论文，揭示了这些微小生物如何通过调整自身基因表达来应对环境变化。
研究小组使用细长聚球蓝细菌进行实验，控制光照时间以模拟不同的白昼-黑夜周期。在30摄氏度的环境中，三种蓝细菌群落分别每天接受6小时、12小时或16小时光照，持续8天。结果显示，接受6小时光照的群落转移到冰水中后生存率比另外两组高出2到3倍。
研究人员发现，即使当前环境温度较高，持续经历较短的白昼也会改变蓝细菌一些基因的表达，使其抗寒能力增强并遗传给后代。让耐寒的蓝细菌每天接受较长时间的光照，其抗寒能力会逐渐回落。这表明蓝细菌对昼夜长度变化的生理反应是一种“光周期现象”。
蓝细菌的光周期现象可能来自其压力应对机制。在自然界中，光照代表高温、紫外线等威胁，黑暗则意味着温度降低影响代谢。针对这两类不同的压力，蓝细菌各有一套应对的基因，光照时间长短会影响这些基因的表达水平。生物普遍拥有以24小时为周期的内在节律，蓝细菌也不例外。研究小组还发现，对蓝细菌进行基因改造，使几个与24小时节律有关的基因失效，光照时间对抗寒能力的影响就消失了。
这项研究不仅揭示了蓝细菌对环境变化的适应能力，还将其与其他具有季节性节律的更复杂的生物联系起来。这表明预期季节可能出现在生命进化的早期阶段。细胞膜分子组成的调整可能是蓝细菌应对季节变化的关键之一。研究发现，冬季引发的蓝细菌含有更多的不饱和脂质，这些脂质可以防止细胞膜在低温下变得僵硬和胶结。这种调整提高了蓝细菌在寒冷环境中的生存几率。
即使是看似简单的蓝细菌也能感知季节变化并作出生理反应，这为我们理解生命的复杂性和多样性提供了新的视角。未来，科学家们将继续探索其他微生物的季节适应性，揭示更多关于生命进化和生态适应的秘密。