当唤醒睡美人孢子如何决定

F发球直接得分饥饿和压力条件下,一些细菌进入休眠状态,生命过程停止。关闭进入深度休眠允许这些细胞,称为孢子,承受惩罚的极端高温、压力甚至外太空的恶劣环境。

最终,当条件有利,这些孢子可以在几分钟内醒来,春天回到生活,甚至已经休眠了数千年(或者数百万)。这样一个非凡的能力让他们威胁的形式如炭疽热细菌以及在医药和食品工业污染的危害。

直到现在科学家并不知道孢子可以监视他们的环境”在睡梦中没有醒来。特别是不清楚孢子如何处理模糊的环境信号,不显示明显的有利条件。将孢子无视这样的混合条件或注意?

研究人员和加州大学圣地亚哥分校的庞裴法布拉大学解决了这个神秘的新研究发表在《科学》杂志上。科学家发现,孢子有一种非凡的能力来评估他们的周边环境,同时保持生理死亡状态。他们发现,孢子使用存储电化学能源,像一个电容器,确定条件是否适合生活恢复正常运作。

“这项工作改变了我们思考孢子,这被认为是惰性的对象,“说Gurol Suel,教授在加州大学圣地亚哥分校的分子生物学。“我们表明,细胞处于深度休眠的状态处理信息的能力。我们发现,孢子释放存储电化学势能可以执行计算的环境中而不需要代谢活动。”

“在细菌和神经元,小和短输入添加了很长的时间来确定一个阈值。到达阈值孢子开始恢复活力,而火神经元动作电位与其他神经元”

的研究小组测试了休眠枯草芽孢杆菌孢子是否可以感觉到短暂的环境信号,不足以引发回归生活。他们发现,孢子能够计数这么小的输入和如果之和达到某一阈值,他们将决定退出休眠状态,恢复生物活性。

开发一个数学模型来解释这一过程中,研究人员发现,孢子被称为integrate-and-fire使用机制,基于对钾离子通量评价周边环境。他们发现,孢子回应甚至短暂的有利信号,并不足以引发退出休眠。醒来,孢子释放他们的一些钾存储在响应每个小输入然后总结连续有利的信号来确定条件适合退出。这样一个累积信号处理策略确实能揭示外部条件是否有利,并防止孢子“跳枪”变成了世界的不利条件。

“孢子处理信息的方式是类似于我们的大脑神经元是如何运作的,“乔迪加西亚Ojalvo说。的庞裴法布拉大学系统生物学教授“在细菌和神经元,小和短输入添加了很长的时间来确定一个阈值。到达阈值孢子开始恢复活力,而神经元火与其他神经元的动作电位。“有趣的是,孢子可以执行这个信号集成不需要任何代谢能量,神经元是最依赖资源的细胞在我们的身体。

研究人员认为新信息重新定义流行的关于细胞极其休眠孢子状态,似乎死了。这些调查结果持有对评价对象的生命如流星以及太空任务寻找生命的迹象。

“这项工作表明交替的方式应对病原孢子构成的潜在威胁,并影响从外星生命会发生什么,”Suel说,握着从属关系与圣地亚哥系统生物学中心BioCircuits研究所和微生物创新中心。“如果科学家发现火星和金星上的生活,它可能会处于休眠状态,我们现在知道,一个生命形式,似乎完全惰性可能仍然能够考虑它的下一个步骤。”

参考:菊池K, Galera-Laporta L, Weatherwax C, et al。电化学势使休眠孢子集成环境信号。科学。2022,378 (6615):43-49。doi:10.1126 / science.abl7484

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