在瓜德羅普島的紅樹林泥漿中，生物學家首次發現了一種肉眼可見的細菌。
Thiomargarita magnifica 的白色細胞細絲長達兩厘米，它們達到了原核生物認為不可能的尺寸。
這種微生物的 DNA 還包含比任何其他細胞更多的基因拷貝，並被包裝在許多小膜囊中。
正如該團隊在【科學】雜誌上報道的那樣，這對於原核生物來說也是極其不尋常的。
大多數細菌只有幾微米大小，肉眼看不見。因為它們的細胞大小受到其簡單結構的限制：
因為細菌作為原核生物沒有細胞核、主動運輸機制或細胞隔室，它們只能透過被動擴散來吸收和分配營養物質和細胞特異性分子。
這限制了它們的最大尺寸，至少到目前為止是這樣認為的。
然而，近年來科學家們發現了一些非常接近這個假設上限的細菌。
之前的記錄保持者是Thiomargarita namibiensis ，這是一種細胞長度為750微米的硫細菌，於1997年在奈米比亞附近發現。
已知最大的淡水細菌Achromatium oxaliferum 甚至在德國的湖泊中發現。
紅樹林泥中的白線
但它可以更大，正如加利福尼亞州勞倫斯柏克萊國家實驗室的 Jean-Marie Volland 和他的同事所發現的那樣。
在瓜德羅普島的紅樹林泥漿中尋找硫氧化生物時，她的一個團隊發現了似乎附著在沈積物中落葉上的白色絲線。
研究人員報告說：「這些細絲呈莖狀，向頂部逐漸變細，可以看到一種芽。」
白線的平均長度為 9.7 公釐，但一些細絲的長度也達到了 20 公釐。
它們已經肉眼可見。
為了找出它是什麽，科學家們收集了一些樣本，然後在實驗室使用電子顯微鏡、熒光顯微鏡和 X 射線斷層掃描對其進行了檢查。
一個兩厘米大的細菌細胞
令人驚訝的結果：與預期相反，這些線不是多細胞結構。
相反，每根細絲僅由一個細菌細胞組成。「它比大多數細菌大 5,000 倍，」Volland 說。
「比較一下：這個身材的人與珠穆朗瑪峰一樣高。」
因此，被稱為 Thiomargarita magnifica 的微生物是世界上最大的細菌。
這種巨型細菌的細胞大小和細胞質體積，遠高於以前認為的原核細胞上限。
「這一發現提出了關於細菌形態型別的新問題，」瓜德羅普島安地列斯大學的合著者奧利維爾格羅斯說。
但是這些細菌是如何以及為什麽變得如此之大的呢？
為了找出答案，Volland 和他的同事對他們的發現進行了 DNA 分析和其他實驗室測試。
具有創紀錄數量的龐大基因組
分析表明，Thiomargarita magnifica 的基因組也異常大。
研究小組說，它包括 11,788 個蛋白質編碼基因——是普通細菌細胞的三倍。
硫氧化和碳固定的基因特別豐富，這表明它們的飲食。
一組用於細胞分裂和細胞伸長的非典型基因也與細胞的巨大生長密切相關。
此外，這些巨型微生物的細胞中含有極其大量的基因組拷貝：一根兩厘米長的線中可能有超過 730,000 個 DNA 拷貝。
研究人員報告說：「因此，Thiomargarita magnifica 在細胞中發現的基因組拷貝數最多。」
「拷貝數比其他巨型細菌高一個數量級。」
DNA包裝在膜囊中
然而，更不尋常的是基因組在巨型細菌中的呈現方式。
通常，原核生物的 DNA 暴露在細胞質中，沒有細胞核或其他 DNA 區室。
這與 Thiomargarita magnifica 不同：「令人驚訝的是，許多基因組拷貝被包裝在具有膜的結構中，」
Volland 說。「這對細菌來說是出乎意料的。」
每個小膜泡都含有一段DNA和一些核糖體，大量分布在細菌細胞的細胞質中。
「這種 DNA 和核糖體的區室化讓人想起細胞核和真核生物的區室，」Voland 和她的同事寫道。
他們將新發現的細菌胞器稱為「pepins」——對應於法語單詞，表示獼猴桃和其他水果的小種子。
絲狀細菌細胞中心的一個大液泡也很引人註目：這個充滿液體的空腔占據了細胞體積的近 75%。
因此，帶有 pepin 的細胞質被壓縮成靠近細胞膜的狹窄區域。
超出尺寸限制
根據 Volland 和他的同事的說法，所有這些特性都可以解釋 Thiomargarita magnifica 是如何變得如此巨大的。
由於基因組的許多拷貝，分布在整個細胞中的 DNA 包和狹窄的外周細胞質縮短了細胞中的擴散路徑。
這可能使細菌超過了大小限制。
該團隊表示，無論如何，Thiomargarita magnifica 對當前的細菌細胞概念構成了挑戰。
研究人員解釋說：「如果我們更詳細地研究生物學、能量代謝以及 pepins 的形成、作用和性質，這可以幫助我們了解生物復雜性是如何前進演化的。」
他們還懷疑這種破紀錄的細菌並不是一個孤立的案例：「Thiomargarita magnifica 的發現表明，我們可能沒有註意到更大、更復雜的細菌。」
參考資料
（Science，2022； doi：10.1126/science.abb3634 ）
