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一提起细菌等微生物,大家第一印象肯定是很小,看不见。的确,绝大多数原核微生物在几微米级别,例如大肠杆菌的大小约为2×0.5 μm,必须借助光学甚至电子显微镜才能看得清楚。
1985年,Lev Fishelson等人在红海热带鱼中的肠道中发现了一种体积较大的生物,后来在澳大利亚沿海水域也发现类似生物,命名为费氏刺骨鱼菌(Epulopiscium fishelsoni)。它们体积如此庞大,以至于一直被认为是原生生物。1993年,Angert和Clements经过rRNA基因分析,证实该生物为细菌,也是当时发现的最大细菌。费氏刺骨鱼菌为异养微生物,细胞长度能够达到600 μm,体积达到大肠杆菌的106倍,菌株含多个拷贝的基因组,以满足其转录和翻译的需求。
Epulopiscium fishelsoni (600*75 μm, 周围四个小的是草履虫)
1997年,Schulz等人在非洲西部大陆架沉积物中发现了迄今为止最大的细菌——纳米比亚嗜硫珠菌(Thiomargrita namibiensis),刷新了细菌体积的记录。该菌为无机化能自养型,直径约750 μm,体积是大肠杆菌的108倍,呈球状和链球状,细胞肉眼可见。细胞内部主要是一个大的液泡,细胞质占比仅为2%。内部含有微小硫颗粒,它们形成了细胞链,在黑泥的背景上发出白色的光,看起来就像一串闪闪的珍珠。
假设原核细胞的上限大小取决于细胞运输营养物质的能力,细胞越大,比表面积越小,运输能力越小,由于一个细胞的代谢率与其大小的平方成反比,对于非常大的细胞来说,营养的摄取最终会限制新陈代谢,使其无法与较小的细胞竞争。目前还不清楚为什么这些细胞能够这么大,这可能有益于细菌储存硫等内含物(能量来源)。
Thiomargarita namibiensis
教科书上给微生物下的定义是:一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。无论是费氏刺骨鱼菌还是纳米比亚嗜硫珠菌,都是肉眼可见,那么它们还是微生物吗?
参考文献
Fishelson, L., Montgomery, W.L., Myrberg, A.A. (1985). A unique symbiosis in the gut of tropical herbivorous surgeonfish (Acanthuridae: Teleostei) from the Red Sea. Science, 229(4708), 49-51.
Angert, E.R., Clements, K.D., Pace, N.R. (1993). The largest bacterium. Nature, 362(6417), 239-241.
Schulz, H.N., Brinkhoff, T., Ferdelman, T.G., Mariné, M.H., Teske, A., Jørgensen, B.B. (1999). Dense populations of a giant sulfur bacterium in Namibian shelf sediments. Science, 284(5413), 493-495.
Michael, T. (2005). Brock Biology of Microorganisms, 14th Edn.