亚洲二区三区在线,久久久久高清毛片一级,亚洲综合一区二区三区不卡,中文不卡av

歡迎訪問科技網!

您當前的位置: 首頁 > 科技新聞

它的曾曾曾曾曾曾孫又長回了它的模樣?這片湖里的生物,一直被困在同一年里

發布時間:2025-02-15 05:51:44 來源:科普中國 字號: [ 大 ] [ 中 ] [ 小 ]

每年的 2 月 2 日,北美地區都會迎來傳統節日——土撥鼠日(Groundhog Day)。人們通過觀察土撥鼠是否看到自己的影子,來預測春天何時到來。而在電影《土撥鼠之日》中,男主角菲爾·康納斯(Phil Connors)陷入了時間循環,無論如何努力,每天醒來都會回到這一天。

這種“鬼打墻”般的經歷聽起來像是電影中的荒誕設定,然而,大自然中其實也有類似的現象,只不過主角不是人類,而是肉眼難見的微生物。今年 1 月,《自然·微生物學》(Nature Microbiology)上發表了一項研究,講述了這樣一個發生在美國威斯康星州門多塔湖(Lake Mendota)的“循環故事”。

細菌的“土撥鼠之年”

門多塔湖是一座淡水湖。這里四季分明,夏季湖面長滿藻類,冬季則會結冰。過去 20 年間,一群科學家在這里采集了 471 個水樣。這次,他們分析了這些樣品中的微生物基因組,最終構建了迄今時間跨度最長的、來自自然環境的宏基因組(metagenome,即環境中所有的遺傳物質序列)數據集。

分析完這些數據后,研究人員發現了一個驚人的現象:湖中的細菌竟然出現了一種季節性循環模式。從春天到冬天,它們的基因組不斷發生變化,但到來年春天,一切又回到了原點。就這樣年復一年,仿佛被困在了時間循環里。

或許你會覺得,這不就是自然界的四季輪回嗎?人類一年四季穿著不同,到了新一年又重頭來過,細菌的變化難道不也一樣嗎?但這里的關鍵在于時間尺度:細菌繁殖速度極快,一年時間里已經歷上千代更迭。

因此,這種循環并非個體經歷的周期,而是整個族群在世代的演化中反復上演相同的模式。換句話說,這就像是你和你的曾曾曾曾曾曾祖輩長得一模一樣,而你的曾曾曾曾曾曾孫又長回了你的模樣,并如此周而復始一直下去。

微信圖片_20250214154658.jpg

“被困在同一年里”的細菌(圖片來源:原論文)

更令人驚訝的是,這種現象不僅僅出現在個別細菌身上,而是廣泛存在。研究人員一共分析了 2855 種細菌,結果發現其中 80% 都呈現出類似的季節性基因組變化。該研究的第一作者、美國得克薩斯大學奧斯汀分校(University of Texas at Austin)的博士后研究員羅賓·羅韋爾(Robin Rohwer)表示:“對于如此大比例的細菌群落都會經歷這樣的變化,我感到十分驚訝。我本來以為只會觀察到幾個不同尋常的例子,結果竟然發現了成百上千個。”

那么,為什么細菌群落會呈現這樣的季節性循環呢?研究人員推測,這可能與門多塔湖分明的四季變化有關。即使是同一種細菌,不同個體也可能在不同季節占據優勢:某些菌株可能在夏季更具適應性,而另一些菌株則可能在冬季表現得更好。隨著季節更替,菌群的主導成員不斷交替,從而形成了一種動態的模式。

跨越臺階

除了這種季節性的循環變化,研究人員還在湖中 20% 的細菌物種中發現了長期的基因組變化,但這些變化趨勢往往會與季節性模式相互疊加。而且,不同菌種的長期變化模式各不相同,有些在幾十年間逐漸演變,有些則像“跨越臺階”一樣發生突然的變化,而另一些則在短期變化后又迅速恢復原狀。

在這些變化模式中,“跨越臺階式”的突變最為常見,而且比其他兩種模式多得多。例如,2012 年,門多塔湖的許多細菌就經歷了一次基因組的劇烈變化,尤其是與有機氮代謝相關的基因。

至于為什么這些細菌的基因組會突然發生變化,科學家提出了一些可能的解釋。原因之一可能是極端天氣。2012 年,門多塔湖經歷了異常溫暖干燥的天氣,使湖中藻類數量銳減,而藻類正是細菌獲取有機氮的重要來源。缺乏這一關鍵營養來源,可能促使細菌群落發生了適應性變化。

此外,物種入侵也可能是原因之一。

2009 年,門多塔湖迎來了一位“不速之客”——長柱尾突蚤(Bythotrephes cederstroemi),這是一種入侵性浮游動物,它們的繁殖可能導致了水體缺氧。由于物種入侵的滯后效應,它們可能在 3 年之后才改變水體中細菌群落的組成。盡管研究人員只深入分析了其中一種細菌的突變過程,但他們推測,其他微生物可能也經歷了類似的適應性變化。

微信圖片_20250214154721.jpg

不同細菌基因組有不同的變化模式(圖片來源:原論文)

過去,科學家很少在如此長的時間尺度上追蹤微生物群落的變化。他們通常關注的是特定時刻的樣本,因此微生物群落的長期演化趨勢往往會被短期的季節性波動所掩蓋。而這項研究通過研究連續 20 年的數據,揭示了這些被忽視的深層演化模式。

更重要的是,這項研究改變了我們對微生物隨時間發生演化的理解。過去,人們往往會認為演化是一股不斷向前推進的力量。但這項研究表明,演化并不總是線性前進的,它有時也會沿著特定軌跡循環往復,仿佛時間在微生物世界中劃出了一個個“輪回”。

這項研究還引發了一個耐人尋味的問題:微生物群落的動態變化,究竟是一種生態現象,還是一個演化過程?傳統上,生態學研究關注的是不同物種之間的相互作用,而演化研究則關注物種內部的基因變化。然而,在微生物世界里,物種的界限本就模糊不清,生態和演化之間的分界線也因此難以厘清。

例如,科學家過去通常將種群競爭和生態位分化視為典型的生態學現象,但如果研究是基于基因組數據推斷出的變化,那么這樣的研究是否應歸入演化?再比如,有機氮代謝基因的正向選擇一般被認為是演化過程,可如果這一變化影響的是表型不同的菌株間的生態轉變,那它究竟屬于生態還是演化?更進一步,如果生態和演化發生在相同的時間尺度上,受到相似的環境壓力驅動,而微生物物種的界限又如此模糊,那么我們是否需要重新思考演化與生態的傳統界限?

生態和演化,或許本就是同一個故事的不同章節。而科學家未來的研究將幫我們更深入地理解生命的歷程。

參考資料

[1]https://www.nature.com/articles/s41564-024-01888-3

[2]https://phys.org/news/2025-01-lake-bacteria-evolve-clockwork-seasons.html

策劃制作

來源丨環球科學(ID:huanqiuekexue)

作者丨黃雨佳

責編丨王夢如

審校丨徐來 林林

注:封面圖為版權圖庫圖片,轉載可能引發版權糾紛。

【免責聲明】本文轉載自網絡,與科技網無關。科技網站對文中陳述、觀點判斷保持中立,不對所包含內容的準確性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保證。請讀者僅作參考,并請自行承擔全部責任。

主站蜘蛛池模板: 荣成市| 高台县| 客服| 太白县| 澳门| 大安市| 霍林郭勒市| 凤阳县| 龙泉市| 天全县| 个旧市| 宜城市| 阿勒泰市| 柳州市| 军事| 威远县| 慈利县| 扎囊县| 西青区| 栖霞市| 根河市| 鄂托克前旗| 湘乡市| 阿勒泰市| 卓尼县| 石屏县| 洛浦县| 五家渠市| 泾源县| 红河县| 桂林市| 平顺县| 湖南省| 长治市| 咸宁市| 新营市| 贡山| 陆河县| 龙川县| 大田县| 三都|