研究发现：细菌可以辨别时间

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作者：参考消息

美媒称，人类有生物钟，其他动物和植物也有生物钟。现在有研究显示，细菌也有与地球上24小时生命周期一致的生物钟。

据美国《科学日报》网站1月8日报道，这项研究回答了一个长期存在的生物学问题，并可能对给药的时间、生物技术以及如何制定适时的作物保育方案产生影响。

生物钟或昼夜节律是一种精密的内部定时机制，在自然界广泛存在，使生物能应对昼夜更替、甚至季节更替的重大变化。

报道称，这些存在于细胞内部的分子节律利用外部线索（例如阳光和温度），使生物钟与环境同步。正因为如此，人们才会有时差反应，因为人体生物钟在与旅行目的地的新昼夜节律一致之前会暂时失配。

报道还称，过去20年间，越来越多的研究表明，这些分子节拍器对基本生物过程至关重要（例如对人类的睡眠和认知功能），以及植物的水分调节和光合作用。

尽管细菌占地球生物总量的12%，而且对人体健康、生态和工业生物技术都具有重要意义，但人们对细菌的24小时生物钟却知之甚少。

以往的研究表明，需要光才能产生能量的光合细菌有生物钟。

但自生非光合细菌是否有生物钟一直是个谜。

据报道，在这项国际研究中，研究人员在非光合土壤细菌“枯草芽胞杆菌”中检测到自由运行的昼夜节律。

研究小组采用了一种被称为“荧光素酶报告”的技术，该技术添加了一种能产生生物荧光的酶，使研究人员能够将一种基因在生物体内的活跃程度可视化。

研究人员重点观测了两种基因：第一种是名为ytvA的基因，它可以对蓝光感受器进行编码；第二种是名为KinC的酶，它参与诱导细菌形成生物膜和孢子。

研究人员对以下两种情况下的基因水平进行观测，一种是持续的黑暗，另一种是12小时光亮和12小时黑暗相交替。他们发现，ytvA基因的活跃水平是根据光和暗的周期进行调整的，在黑暗中活跃度升高，而在光亮中活跃度下降。在持续的黑暗中仍然可以观测到周期。

研究人员观察到，稳定的模式需要几天时间才能显现，而如果环境发生逆转，模式也可以逆转。研究人员观察到的这两种情况是昼夜节律及其与环境线索同步能力的共同特征。

他们利用每日气温变化进行了类似的实验（例如增加每日周期的长度或强度），发现ytvA和KinC的节律以符合昼夜节律的方式调整，而不仅仅根据气温变化开关。

研究报告的第一作者、德国慕尼黑大学教授玛莎·梅罗说：“我们首次发现非光合作用细菌能辨别时间。”她说：“它们通过观察光线或温度环境的周期来使分子运作适应一天中的特定时间。”

她说：“除了回答医学和生态学问题，我们还希望将细菌作为一个模型系统来理解生物钟机制。”

报道指出，这项研究也许能帮助解决以下问题：对细菌感染来说，在一天中什么时间接触细菌重要吗？考虑时间因素，可以优化工业生物技术流程吗？就抗菌治疗而言，在一天中什么时间进行重要吗？

研究报告的作者、英国约翰·英尼斯中心的安东尼·多德博士说：“我们的研究为探究细菌的昼夜节律打开了一扇大门。”他说：“既然我们已经确认细菌可以辨别时间，那么我们就需要找到导致这些节律出现的过程，并搞清楚为什么拥有节律会给细菌带来优势。”

研究报告的作者、丹麦技术大学的阿科什·科瓦奇教授补充说：“枯草芽胞杆菌用途广泛，包括从生产洗衣液到农作物保育，再到最近被当作人类和动物益生菌使用，因此对这种细菌的生物钟进行工程设计，将成为各种生物技术领域的巅峰。”

来源：参考消息网