記憶通常與高等生物有關。不過,，美國得克薩斯大學奧斯汀分校的科學家日前開展的一項研究發(fā)現：盡管缺乏神經元,、突觸和神經系統，但當數百萬只細菌聚集于同一表面時,，它們能夠形成類似于記憶的東西，比如何時一起游動、何時形成生物膜等,，而且細菌至少可以將這些“記憶”傳給自己的“曾孫”。進一步分析顯示,，看似平淡無奇的鐵是細菌形成此種“記憶”的幕后功臣,。相關論文刊載于《美國國家科學院院刊》。
那么,，細菌真能形成“記憶”并傳給后代嗎,？中國科學院微生物研究所微生物資源前期開發(fā)國家重點實驗室研究員付鈺告訴科技日報記者：“嚴格來說,，得克薩斯大學奧斯汀分校科學家開展的這項研究所闡述的細菌‘記憶’并非生物學意義上的記憶,，而是細菌基于鐵元素濃度變化而產生的對外界刺激的反應,。這使細菌在復雜環(huán)境下更好地生存與繁殖。”
“最新研究對我們應對細菌耐藥性有啟發(fā)意義,，比如我們可以人為調節(jié)鐵的濃度,，從而減少細菌對感染部位的附著，降低細菌對抗生素的耐受,，方便免疫系統清除病原細菌并加強抗生素的療效,。”付鈺進一步強調。
鐵是幕后功臣之一
包括人類在內的高等動物擁有記憶能力,，這種能力能讓高等動物不斷適應環(huán)境的改變,，快速作出正確的反應。研究顯示,，這種記憶能力源于神經組織,。神經組織在接受外界刺激后會形成神經沖動，神經沖動對于特定刺激形成條件反射,，并能在今后遇到同樣刺激時作出相應的反應,。
付鈺介紹：“細菌雖然沒有大腦，不能像高等動物那樣記憶信息,，但在某種意義上,，它們確實具有‘記憶’機制。這種機制主要體現在它們對環(huán)境變化的適應性,，以及對遺傳信息和化學物質的傳遞上,。”
細菌可以從環(huán)境中收集信息。如果它們經常遇到這種環(huán)境,，它們能存儲信息,，并在以后快速訪問這些信息，這對它們有利,。
得克薩斯大學奧斯汀分校的科學家蘇維克·巴塔查里亞領導的團隊開展的這項最新研究發(fā)現,，細菌不僅可以形成“記憶”，還可將“記憶”傳給自己的后代,。
科學家此前觀察到,，有過群聚運動（眾多細菌在鞭毛驅動下進行的快速運動）經驗的細菌會更愿意且更有能力成群結隊地運動。巴塔查里亞等人希望厘清這一現象的內在原因,。為此,，他們設計了一種實驗裝置，可監(jiān)測由超過1萬個大腸桿菌細胞組成的群聚運動。一系列分析結果顯示,，這些大腸桿菌可以將形成群聚運動的“記憶”保留至少四代,，也就是傳給自己的“曾孫”，直到第七代才會完全消失,。
那么,，這種“記憶”是通過什么方式保留和傳遞的呢？答案指向了鐵,。鐵是地球上最豐富的元素之一。在氧氣出現于早期地球的大氣中之前,，鐵在早期生命的許多細胞過程中發(fā)揮了關鍵作用,，對生命的進化至關重要。
巴塔查里亞解釋道,，大腸桿菌的上述“記憶”機制源于大腸桿菌細胞內鐵元素含量的變化,。他們的觀測結果顯示，不同細菌含有不同水平的鐵,，這對于其細胞代謝非常重要,。鐵元素含量較低的大腸桿菌更容易成群結隊運動。而那些細胞內鐵含量較高的細菌則往往傾向原地不動,，形成生物膜,。這些大腸桿菌的后代，會繼承其“父輩”細胞內的物質,，從而繼承了群聚運動的“記憶”,。
研究人員推測，當鐵含量較低時,，細菌會快速集結,，形成快速運動的群體，在環(huán)境中尋找鐵,。當鐵含量高時,，細菌可以原地附著并形成生物膜。
他們的最新研究還發(fā)現,，人為升高或降低大腸桿菌細胞內鐵元素的含量,，可以縮短或延長“記憶”保存的時間。
付鈺認為,，鐵作為生命活動中重要的元素,，在細菌各種生化反應中發(fā)揮著重要作用。因此,，鐵濃度的變化可以調控細菌應對外界環(huán)境的方式,，其實并不令人意外。
助力應對抗生素耐藥性
巴塔查里亞表示，細菌知道何時形成群聚運動,、何時形成生物膜的“記憶”,。這一特點或許也在其感染人類時起到了重要的作用。因此,，這些發(fā)現對于細菌感染的治療和預防具有重要意義,，有助于應對抗生素耐藥性。巴塔查里亞強調,，鐵濃度絕對是治療細菌感染的靶標之一,，因為鐵是決定細菌毒性的重要因素。
付鈺解釋說：“當鐵元素濃度較高時,，大腸桿菌傾向于停止運動形成生物膜,，生物膜的形成可以提高細菌的耐藥性。而當大腸桿菌體內的鐵濃度較低時,，細菌對抗生素的耐受性較差,。這些都對我們應對細菌耐藥有啟發(fā)意義，比如我們可以通過改變鐵的濃度使細菌難以形成生物膜,，并降低其對抗生素的耐受性,，從而高效地治療感染。”
“微生物所表現出的‘記憶’可能基于各種機制,，但歸根結底,，所有這些都是微生物在長期進化中形成的對外界環(huán)境變化的快速反應。小細菌擁有大智慧,，無數有意思的現象等待科學家們一一解析,。”付鈺總結道。（記者 劉 霞）
責任編輯：邢敏
