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细菌能“预期”生存环境变化 类似条件反射

来源:科学网 作者: 2008-5-10
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摘要: 单细胞的细菌可能并非我们想象得那么简单。美国科学家近日研究发现,大肠杆菌等细菌具有某种形式的“学习”能力,它们能够发展出“预期”生存环境变化的能力。与那些只会简单地通过改变自己以适应当前环境的细菌相比,这一技能将使它们具有更大的生存优势。研究人员利用计算机模型模拟了细菌的进化,并在实验室中培育大肠......


        单细胞的细菌可能并非我们想象得那么简单。美国科学家近日研究发现,大肠杆菌等细菌具有某种形式的“学习”能力,它们能够发展出“预期”生存环境变化的能力。与那些只会简单地通过改变自己以适应当前环境的细菌相比,这一技能将使它们具有更大的生存优势。相关论文5月8日在线发表于《科学》(Science)杂志上。

        领导此次研究的是美国普林斯顿大学的Saeed  Tavazoie。研究人员利用计算机模型模拟了细菌的进化,并在实验室中培育大肠杆菌:首先将温度从25摄氏度提高到37摄氏度,然后将氧含量从20%降低到零。研究人员监控了几百代细菌的反应,结果发现,几周之后,细菌已经“学会”预期氧气的下降,即温度一改变它们就会调整自己的代谢。这说明,大肠杆菌能够发展出将高温(如人类口腔内)与缺氧(如人类肠道内)建立联系的能力。

        Tavazoie表示,结果令人十分意外。近百年来,关于细菌行为的流行观点是动态平衡(homeostasis),即认为细菌对环境刺激的反应是以一种作用-反作用的方式进行的。“我们发现动态平衡并不能解释所有的情况”,他说,细菌对当前环境条件的反应要复杂得多,它们能“预期”未来的条件。

        Tavazoie说,这是细菌具有联想学习的首个证据,这种反应与巴甫洛夫条件反射作用(条件反射训练后,狗闻铃声便分泌过量唾液)相似。当然,这并不是说单细胞的细菌与狗或人具有相同的学习方式。他说:“人或狗的联想学习跨越整个生命周期,并且包括对脑部神经元之间连接强度的修正;而细菌的学习要经过很长时间的进化过程,包括基因网络之间连接的改变。”

        Tavazoie认为,此次研究对于处理细菌感染和抗药性具有潜在的意义。另外,预见细菌的行为可能还有助于指导酿造等依赖它们的工业过程。(科学网  梅进/编译)

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