大家知道吗,厨房中看似不起眼的海绵或许是比实验室培养皿更好的菌群培养“基地”,原因到底在哪里呢,研究人员一直在寻找答案。最近,美国杜克大学的科学家在《自然化学生物学》杂志上撰文揭露了这背后的秘密:由于海绵营造的环境结构会影响微生物物种之间的相互作用,这有利于菌群的大量繁殖。

根据这项研究,让微生物在海绵中茁壮成长的不仅仅是残留的食物,还有海绵本身的特殊的结构。通常情况下,有些细菌喜欢生活在一个多样化的群落中,而另外一些则更喜欢与像自己一样的细菌共存,因此一个让这两种细菌都“适宜”的环境会带来最强的生物多样性。大家最常见的土壤就提供了这种最佳的混合居住环境,而我们厨房中普通的海绵也是如此。

在自然界中,土壤提供了不同种群生长所需的所有角落和缝隙,混合程度不同的细菌群落无需彼此进行太多互动。但是,当人类培育细菌物种来制造产品,常见的如酒精、生物燃料和药物时,我们只是把它们放在一个盘子或一个大桶里,做成一个无结构的黏液,这并不有利于菌群快速、大量繁殖。对此,杜克大学生物医学工程教授尤令聪博士说:“细菌就像我们正在经历的大流行中的人一样——有些人想要被隔离保护起来,但是发现很难做到;而另外一些人却对此不在乎,他们更喜欢自由。”实际上,菌落物种之间彼此既有积极的相互作用,也有消极的相互作用,存在一种程度的融合,以让各种菌落整体共存最大化,这似乎与人类社会相似,成员之间需要有一定的独立性,但又需要彼此合作。

科学家们在一系列实验中发现,各种微生物物种可以根据其结构环境的因素(如复杂性和规模)相互影响种群。经过对大约80种不同的大肠杆菌菌株的基因组进行编码,然后在实验室的生长板上以不同的组合混合这些细菌,这些平板上有各种细菌的潜在生存空间——从六个大孔到1536个小孔。这些孔的设计可以模拟细菌可能喜欢生长的不同环境,大的孔近似于许多微生物物种可以自由混合的环境,而小的孔则类似于它们可以自我隔离的空间。

实验结果非常有趣:无论这些菌群“栖息地”大小如何,结果都一样,细菌进化成只有一两个存活菌株的群落,其中不大不小的孔具有最大的多样性。这是由于孔太小就会影响依赖与其他物种相互作用才能生存的菌群,孔太大则则影响了喜欢单独存在的菌群,而中孔不大不小的结构为微生物群落提供了最大的多样性。

上面的实验解释了为什么厨房海绵是微生物的最佳栖息地:它通过提供不同的分离层,结合不同大小的公共空间,模拟来了自然界中土壤的分割状态。科学家们为了证明这一点,特意用普通家用海绵进行了实验,发现它是一个比以前使用的任何实验室设备都更好的微生物多样性的培养箱,这也清楚地解释了为什么厨房中普通海绵真的很脏——海绵的结构就是微生物的完美家园。这或许对家庭主妇来说不是个好消息,但是对于与酒精、生物燃料和药物“打交道”的工程师来说,或许就是很好的启发:他们需要测试那些结构环境最适合特殊菌群生长。大家对此怎么看呢?欢迎留言。#知识有话说#

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