梁晓文
研究人员发现池塘里的细菌在白天生长得更快，这是一种基因层面的解释。
UD研究员JULIA MARESCA研究淡水环境中的细菌如何对光作出反应
CREDIT: PHOTO BY EVAN KRAPE
根据特拉华大学的研究人员的说法，生活在池塘、湖泊和其他淡水环境中的一些细菌在白天生长得更快，尽管它们没有将阳光作为能源。正如研究小组最近在“细菌学杂志”中所描述的那样，能够吸收光的特殊基因可能可以解释这种增加的活动。
这里有一个重要的原因。要真正了解生命，你需要了解碳。我们摄入碳，用它作为生命的燃料，在死后我们会分解它们释放它。碳循环，即碳在自然界的运动，是生态学家和其他研究人员研究的重要课题，他们希望了解人类活动如何影响地球的健康。水体有助于碳循环，因此，通过加深我们对这些生态系统的了解，科学家们有可能帮助整个地球。了解在水中游动的微小生物是重要的一步。
土木和环境工程副教授Julia Maresca想弄清楚两种通常在淡水环境中发现的细菌是如何将光能转化为化学能的，它们以阳光作为能量系统的补充。
Maresca开始使用两种细菌菌株：一种是含有将光能转化为化学能的自然光系统的红细菌(Rhodoluna (Rhl.) lacicola株MWH-Ta8)，另一种是没有光系统的黄色细菌（Aurantimicrobium sp. 株MWH-Uga）。研究小组怀疑，只有红细菌在白光照射下会生长得更快。然而，当博士后研究员和研究合著者Jessica Keffer进行第一组实验时，她发现两种细菌在光照下都生长得更快。第二轮实验证实了这一结果。
“很明显，那里发生了一些我们无法用我们所掌握的信息来解释的事情，”Maresca说。
另外的实验显示，在蓝光和紫外光下，细菌生长得更快，但在红光和绿光下则不然。Maresca说，研究人员开始怀疑细菌可能并没有将光能转化为化学能，而是“吸收光能并利用它获取信息，就像我们做的那样。”“灯一亮，我们就知道该起床、吃早餐、要保持清醒了。”
为了研究这种可能性，研究小组检测了在光照条件下和黑暗条件下哪种细菌基因是活跃的。在光照下，这两种细菌都吸收更多的有机碳，包括糖，代谢得更快。在黑暗中，这些功能被削弱，细菌增加蛋白质的生产和修复，制造和固定生长和分裂所需的机制。
接下来，研究小组检查了除了所有细菌共有的那些成长的基本基因，这些细菌还有哪些基因是共同的。在UD测序和基因分型中心的同事的帮助下，他们确定了其中两个非必需基因与蓝光的吸收有关。一种是DNA光解酶，它吸收蓝光，用它来修复之前被紫外线破坏的DNA。Maresca说，这是一种修复机制，但可能对光线下的生长没有帮助。另一种基因被称为隐花色素，它被证明可以调节动物、植物、真菌甚至人类的昼夜节律。隐花色素可能是光照条件下生长速率差异的原因。
Maresca说:“我们没有任何直接证据表明这种基因与光吸收或光增强生长表型有关，但我们有很多间接证据表明这是可能的。”“我们纯化了这种蛋白质，并观察它能吸收哪种波长的光，我们发现它能吸收两种波长的光，这两种波长最能促进生长:420 nm和375 nm。”
那么为什么这些通常在淡水环境中几英尺深的水中发现的细菌，能够感知光线并做出这种反应呢？那些光照良好的淡水环境中含有藻类等生物，它们从空气中吸收二氧化碳，并产生有机碳——细菌的食物。
研究小组提出了一个可行的假设：在这项研究中，细菌可能会启动它们的机制，以配合附近其他物种（例如藻类）获得所生产的食物。这就像加速奔向刚刚摆满食物的自助餐，而不是随机走动看看还剩下什么。该团队正进一步研究这些细菌如何与同一环境中的藻类相互作用。
资料来源：
PUBLIC RELEASE: 27-FEB-2019
Light wakes up freshwater bacteria
AAAS and EurekAlert!
