在瓜德罗普岛的红树林泥浆中，生物学家首次发现了一种肉眼可见的细菌。
Thiomargarita magnifica 的白色细胞细丝长达两厘米，它们达到了原核生物认为不可能的尺寸。
这种微生物的 DNA 还包含比任何其他细胞更多的基因拷贝，并被包装在许多小膜囊中。
正如该团队在【科学】杂志上报道的那样，这对于原核生物来说也是极其不寻常的。
大多数细菌只有几微米大小，肉眼看不见。因为它们的细胞大小受到其简单结构的限制：
因为细菌作为原核生物没有细胞核、主动运输机制或细胞隔室，它们只能通过被动扩散来吸收和分配营养物质和细胞特异性分子。
这限制了它们的最大尺寸，至少到目前为止是这样认为的。
然而，近年来科学家们发现了一些非常接近这个假设上限的细菌。
之前的记录保持者是Thiomargarita namibiensis ，这是一种细胞长度为750微米的硫细菌，于1997年在纳米比亚附近发现。
已知最大的淡水细菌Achromatium oxaliferum 甚至在德国的湖泊中发现。
红树林泥中的白线
但它可以更大，正如加利福尼亚州劳伦斯伯克利国家实验室的 Jean-Marie Volland 和他的同事所发现的那样。
在瓜德罗普岛的红树林泥浆中寻找硫氧化生物时，她的一个团队发现了似乎附着在沉积物中落叶上的白色丝线。
研究人员报告说：「这些细丝呈茎状，向顶部逐渐变细，可以看到一种芽。」
白线的平均长度为 9.7 毫米，但一些细丝的长度也达到了 20 毫米。
它们已经肉眼可见。
为了找出它是什么，科学家们收集了一些样本，然后在实验室使用电子显微镜、荧光显微镜和 X 射线断层扫描对其进行了检查。
一个两厘米大的细菌细胞
令人惊讶的结果：与预期相反，这些线不是多细胞结构。
相反，每根细丝仅由一个细菌细胞组成。「它比大多数细菌大 5,000 倍，」Volland 说。
「比较一下：这个身材的人与珠穆朗玛峰一样高。」
因此，被称为 Thiomargarita magnifica 的微生物是世界上最大的细菌。
这种巨型细菌的细胞大小和细胞质体积，远高于以前认为的原核细胞上限。
「这一发现提出了关于细菌形态类型的新问题，」瓜德罗普岛安的列斯大学的合著者奥利维尔格罗斯说。
但是这些细菌是如何以及为什么变得如此之大的呢？
为了找出答案，Volland 和他的同事对他们的发现进行了 DNA 分析和其他实验室测试。
具有创纪录数量的庞大基因组
分析表明，Thiomargarita magnifica 的基因组也异常大。
研究小组说，它包括 11,788 个蛋白质编码基因——是普通细菌细胞的三倍。
硫氧化和碳固定的基因特别丰富，这表明它们的饮食。
一组用于细胞分裂和细胞伸长的非典型基因也与细胞的巨大生长密切相关。
此外，这些巨型微生物的细胞中含有极其大量的基因组拷贝：一根两厘米长的线中可能有超过 730,000 个 DNA 拷贝。
研究人员报告说：「因此，Thiomargarita magnifica 在细胞中发现的基因组拷贝数最多。」
「拷贝数比其他巨型细菌高一个数量级。」
DNA包装在膜囊中
然而，更不寻常的是基因组在巨型细菌中的呈现方式。
通常，原核生物的 DNA 暴露在细胞质中，没有细胞核或其他 DNA 区室。
这与 Thiomargarita magnifica 不同：「令人惊讶的是，许多基因组拷贝被包装在具有膜的结构中，」
Volland 说。「这对细菌来说是出乎意料的。」
每个小膜泡都含有一段DNA和一些核糖体，大量分布在细菌细胞的细胞质中。
「这种 DNA 和核糖体的区室化让人想起细胞核和真核生物的区室，」Voland 和她的同事写道。
他们将新发现的细菌细胞器称为「pepins」——对应于法语单词，表示猕猴桃和其他水果的小种子。
丝状细菌细胞中心的一个大液泡也很引人注目：这个充满液体的空腔占据了细胞体积的近 75%。
因此，带有 pepin 的细胞质被压缩成靠近细胞膜的狭窄区域。
超出尺寸限制
根据 Volland 和他的同事的说法，所有这些特性都可以解释 Thiomargarita magnifica 是如何变得如此巨大的。
由于基因组的许多拷贝，分布在整个细胞中的 DNA 包和狭窄的外周细胞质缩短了细胞中的扩散路径。
这可能使细菌超过了大小限制。
该团队表示，无论如何，Thiomargarita magnifica 对当前的细菌细胞概念构成了挑战。
研究人员解释说：「如果我们更详细地研究生物学、能量代谢以及 pepins 的形成、作用和性质，这可以帮助我们了解生物复杂性是如何进化的。」
他们还怀疑这种破纪录的细菌并不是一个孤立的案例：「Thiomargarita magnifica 的发现表明，我们可能没有注意到更大、更复杂的细菌。」
参考资料
（Science，2022； doi：10.1126/science.abb3634 ）
