《科学》的一项新研究首次发现了孢子“死而复生”的小小奥秘

当极端环境到来，不再适合生存和繁殖的时候，细菌就会转变成孢子的形式。这种转变可以让细菌获得超强的抵御能力，孢子可以忍受极端的干燥、温度和压力，例如一些致病菌在转变成孢子后能在土壤中留存数年，等环境适宜的时候会再次苏醒。

但科学家一直认为孢子处于一种非常模糊的生命状态，严格来讲，孢子并非像冬眠动物一样进行深度睡眠，它们从生理层面来说与死亡无异，因为孢子没有任何新陈代谢活动。

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但是令人惊讶的是，这样一片死寂的孢子却能知道什么时候醒过来，只要时机合适，细菌又可以重新复苏繁殖，扩充部队。这一过程也令许多微生物学家为之着迷。

最近，《科学》的一项新研究首次发现了孢子“死而复生”的小小奥秘，尽管没有代谢，但它们可以借助储存在内部的带电粒子来进行调节，并且根据粒子的微小变化来告诉自己外界的营养水平高低，从而决定要不要醒过来。

“这项研究改变了我们对细菌孢子的看法，我们过去认为孢子是极其惰性的物体，”加州大学圣地亚哥分校的分子生物学家Gürol Süel教授表示，孢子仍然保留了处理信息的能力，尤其是利用电化学势能来“计算”周围的营养变化，这一过程完全不需要代谢参与。

新研究选取了数千个孢子状态的枯草芽孢杆菌进行实时追踪，这些细菌的生存能力极强，甚至可以在太空的压力测试中存活很长时间。

研究会在它们的环境中给予非常短暂的营养脉冲，单次提供的营养信号并不足以直接让孢子复苏。根据作者的追踪观察，前面几次的营养脉冲的确好像无事发生，孢子还是毫无生机。

▲接收营养信号越强的孢子活力越强（亮度越高）（图片来源：Süel Lab/Kaito Kikuchi & Leticia Galera）

但随着营养脉冲数量的增加，枯草芽孢杆菌开始恢复了活力，它们仿佛可以记录营养脉冲的次数，随着数字的增加它们在某一刻就知道是时候苏醒了。

于是作者分析了每一次营养脉冲时，细菌内部发生了什么。他们发现细菌以钾离子形式储存的能量会在其中发挥作用，每一次刺激都能使得钾离子从内膜释放，当释放得足够多的时候，孢子就改变它的状态重新复活。

▲每次接收到营养信号，钾离子就会被部分释放（图片来源：Lombardino & Burton, Science, 2022）

作者指出这是一种典型的信号累积处理策略， “这说明生理性失活的孢子实际也在执行一种决定选择机制。”Süel教授表示，这种策略并不陌生，因为我们大脑中的神经元就是以类似的方式来处理信息的。一些短暂的信息输入会不断累积，当达到阈值的时候，神经元便会被激活并向其他神经元传递信息，进行交流。只是在细菌中，这一过程被用于唤醒孢子。

这种生存策略也让人不禁考虑起了生命在外星存在的可能形式，是否一些在极端条件下的生命也在等待一个时机复苏呢？

当然，研究团队首先需要做的是确认这一策略会在更广泛的生命中使用，例如一些进入类似孢子状态的真菌是否有可能采取了相同的方式，又或者钾离子的浓度水平能否决定孢子的存留长度，这些都是作者很感兴趣，想要解答的问题。