在地球生物漫長的進化之路中，單細胞生物是如何演變成多細胞生物的?有性繁殖又是怎樣出現的?這是個兩個十分有趣的問題。加州大學伯克利分校(UC Berkeley)和哈佛醫學院的科學家在研究前者時，意外地找到了後者的答案。而且，結果令人十分震驚：細菌竟然可以作為一種“春藥”，促進一種單細胞真核生物——領鞭蟲類(choanoflagellates，a.k.a. choanos)進行有性繁殖。這一研究發由UC Berkeley的Nicole King教授和哈佛醫學院的Jon Clardy教授發表在8月31日的Cell期刊上。

        這一發現可能有助於揭示人類和其他動物是如何在過去6億年間從單細胞生物進化而來的。

        領鞭蟲是一類原生生物，也是和動物最接近的單細胞生物。領鞭蟲是一種在實驗室中常被用來研究動物進化起源的模式生物。盡管在海洋中無處不在，領鞭蟲類仍然是個相對神秘的領域，這也是King十多年來一直關注該領域的原因之一。2008年，她和團隊首次測序了一個領鞭蟲類Monosiga brevicollis的基因組。幾年前， King教授的實驗室發現，

        領鞭蟲S. rosetta由費氏弧菌誘導的聚集和交配。Tubulin標記為金色熒光，突出胞體和鞭毛;actin標記為藍色熒光，顯示出該生物獨特的“衣領”結構。圖片來源：Nicole King

        單細胞生物間的群集現象通常發生在有性繁殖之前，因為它迅速地增加了某一小區域內的生物密度。但是在正常情況下，兩個領鞭蟲自發相遇並交配的情況十分罕見。研究人員利用基因分型確定了這種聚集確實是一種交配行為，而非僅僅是“黏附”或細胞融合，這證實了單細胞生物從無性行為到有性行為的改變。

生物發光的海洋細菌費氏弧菌（Vibrio fischeri）觸發了領鞭蟲類 Salpingoeca rosetta聚集和交配。

        正常情況下(A)領鞭蟲S. rosetta均勻分布，在暴露於費氏弧菌30分鍾後，領鞭蟲開始聚集。圖片來源：Cell

交配是對環境變化的響應

        有時候，。

        “很多進化理論都讚同這樣的觀點，即交配可能會發生在壓力條件下，因為你需要將遺傳信息重新洗牌。通過有性繁殖，你將有望獲得一種新的等位基因組合，這種組合對即將出現的情況可能有更強的適應性。”King說。

        “領鞭蟲類在它們的生命周期中有很大的靈活性。它們可以進行無性繁殖，但現在我們發現它們也能進行有性繁殖，而且這種有性繁殖行為能夠由在細菌中暴露一小時後觸發。”King說。

        這一新發現表明，其他生物，比如一些在實驗室中由於不能交配而難以研究的生物，可能需要一種細菌“春藥”來誘發它們交配。King補充道:“這些動物可能需要來自環境細菌的特定線索，這在實驗室中往往是沒有的。”

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        圖片來源：Cell

細菌分泌誘導有性繁殖的蛋白EroS

一種由細菌不斷分泌的蛋白質，研究人員將其命名為EroS。

        在UC Berkeley的研究生Arielle Woznica發現這些細菌誘導領鞭蟲聚集後，他們與Clardy的實驗室合作找到了誘發因子：(注：EroS是希臘神話中的愛欲之神，他在羅馬神話中對應的名字——丘比特可能更加廣為人知)

EroS是一種軟骨素酶，這種酶會降解一種特定類型的硫酸鹽分子，後者存在於S. rosetta的細胞外基質中

        研究人員發現，，之前被認為是動物獨有的。他們還發現，，而其他水生細菌的軟骨素酶也會產生“春藥”效應。隨著團隊研究EroS的工作原理，他們將繼續探索細菌和領鞭蟲類之間的相互作用。

        那麼，這一研究結果是否對動物也能產生一些影響呢?比如——人類和他們的細菌夥伴——腸道微生物。King說，“我們希望通過研究相對簡單的領鞭蟲，可以識別關鍵分子，然後進入腸道微生物組這樣更加複雜的環境，觀察這些分子在這種環境下的作用。”

        “通過展示一種新型的細菌誘導的行為，我們可以激勵其他人去觀察一下他們所研究的係統，看看他們是否錯過了細菌在那裏扮演的角色。”共同第一作者，哈佛醫學院的博士後研究員Joseph Gerdt說。

參考資料：

        Bacteria act as aphrodisiac for the closest relatives of animals

        Mating in the Closest Living Relatives of Animals Is Induced by a Bacterial Chondroitinase