休眠细菌孢子如何处理环境线索

据研究人员报告,尽管没有活跃的生物化学反应,但随着时间的推移，长期休眠的细菌孢子可通过逐渐释放储存的电化学位能来处理环境线索以在适当的时间恢复生物活性和生长。这些研究结果揭示了一种在生理上不活跃的细胞中运作的细胞决策机制。包括细菌和真菌等可形成孢子的生物体在察觉到恶劣环境条件出现时就会进入休眠状态，这种状态可以持续数年甚至数十年，直到条件变得较有利于其萌发生长。虽然细菌孢子的休眠状态通常被认为缺乏生物活性,但休眠孢子仍然保持着处理可预示休眠状态解除的环境线索的能力。然而，无活跃生理反应的孢子如何达到这种知悉环境的决策水平仍属未知。通过应用对数千个枯草芽孢杆菌孢子的数学建模和实验，Kaito Kikuchi和同事们证明，休眠态的解除或可用类似于神经元所用的电化学状态的切换来解释。类似于神经生物学中的“整合然后放电”的决策机制，细菌孢子会用休眠孢子的跨膜钾离子(K⁺)浓度梯度引起的电化学电位来启动萌发生长。当孢子短暂且反复地接触环境线索时，更多的K⁺会从孢子的核心外流至其内膜，直到达到某个临界阈值，届时该孢子会从休眠态转变为活跃态。这种机制能让休眠孢子在过程中无需产生能量而能监测环境线索。Jonathan Lombardino和Briana Burton在一篇相关的《视角》中写道:“未来的工作可能会通过研究不同分类群孢子的萌发生长行为而为了解环境条件如何决定萌发的阈值提供有用的见解。