內(nèi)共生是一種令人著迷的生物現(xiàn)象，一種生物生活在另一種生物體內(nèi)。這種不尋常的關(guān)系通常對雙方都有利。甚至在我們的身體里，我們也發(fā)現(xiàn)了這種共存的殘余:線粒體從一種古老的內(nèi)共生進化而來。很久以前，細菌進入其他細胞并留在那里。這種共存為線粒體以及植物、動物和真菌細胞的形成奠定了基礎(chǔ)。

然而，人們對內(nèi)共生作為一種生活方式究竟是如何產(chǎn)生的仍知之甚少。一個細菌或多或少偶然地進入了一個完全不同的宿主細胞，通常情況下，它的日子不好過。它需要生存，繁殖，并傳遞給下一代。否則，它就會消亡。為了不傷害宿主，它不能為自己索取太多的營養(yǎng)，生長得太快。換句話說，如果主人和居住者不能相處，這種關(guān)系就結(jié)束了。

為了研究兩種生物之間這種特殊關(guān)系的起源，由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院微生物學(xué)教授朱莉婭·沃霍爾特(Julia Vorholt)領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員在實驗室中發(fā)起了這種伙伴關(guān)系。科學(xué)家們觀察了一種可能的內(nèi)共生開始時到底發(fā)生了什么。他們剛剛在科學(xué)雜志《自然》上發(fā)表了他們的研究。

在這項工作中，Vorholt實驗室的博士生Gabriel Giger首先開發(fā)了一種將細菌注入真菌小孢子根霉細胞而不破壞它們的方法。他一方面使用了大腸桿菌，另一方面使用了Mycetohabitans屬細菌。后者是另一根霉真菌的天然內(nèi)共生體。然而，在實驗中，研究人員使用了一種在自然界中不會形成內(nèi)共生的菌株。然后吉格爾在顯微鏡下觀察了強制同居的情況。

在注射了大腸桿菌之后，真菌和細菌都繼續(xù)生長，后者的生長速度非?？欤灾劣谡婢鷮毦a(chǎn)生了免疫反應(yīng)。真菌通過包裹細菌來保護自己。這防止了細菌遺傳給下一代真菌。

細菌進入孢子

注射的mycotohabitans細菌不是這種情況:當真菌形成孢子時，一些細菌設(shè)法進入孢子，從而傳遞給下一代。吉格爾說:“事實上，細菌實際上通過孢子傳播給下一代真菌，這是我們研究中的一個突破?！?/p>

當這位博士生讓帶有常駐細菌的孢子發(fā)芽時，他發(fā)現(xiàn)它們發(fā)芽的頻率降低了，而且年輕的真菌生長速度比沒有它們的情況下要慢?！皟?nèi)共生最初降低了受影響真菌的總體適應(yīng)性，”他解釋說。

吉格爾繼續(xù)對幾代真菌進行實驗，故意選擇那些孢子含有細菌的真菌。這使得真菌能夠恢復(fù)并產(chǎn)生更多有生命的孢子。正如研究人員通過基因分析所顯示的那樣，真菌在實驗過程中發(fā)生了變化，并適應(yīng)了它的居住者。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，寄主和寄主一起產(chǎn)生生物活性分子，可以幫助寄主獲得營養(yǎng)，保護自己免受線蟲或變形蟲等捕食者的侵害。

“因此，最初的劣勢可以變成優(yōu)勢，”Vorholt強調(diào)說。

脆弱的系統(tǒng)

在他們的研究中，研究人員展示了早期內(nèi)共生系統(tǒng)是多么脆弱。吉格爾說:“事實上，宿主的適應(yīng)性最初下降可能意味著這樣一個系統(tǒng)在自然條件下的早期消亡?！?/p>

Vorholt說:“對于新的內(nèi)共生生物的出現(xiàn)和穩(wěn)定，需要有一個共同生活的優(yōu)勢。”這樣做的先決條件是未來的居民帶來有利于內(nèi)共生的特性。對于寄主來說，這是一個通過與另一個生物體結(jié)合而一舉獲得新特征的機會，即使這需要適應(yīng)。

這位ETH教授強調(diào)說:“在進化過程中，內(nèi)共生已經(jīng)證明了它們最終會變得多么成功?！?/p>