在 Nicole King 的实验室里，一种细菌正在促使一群微小的细胞粘在一起。这对于能够 建造电网、制造雪，甚至 摧毁国家 的群体来说，可能显得有些平淡无奇。但 King 的细菌不应被忽视，因为它们正在重演生命史上最重要的事件之一：从单细胞到多细胞的转变。这里讨论的细胞是 鞭毛虫——所有动物最亲近的现存亲戚。它们不是我们的直系祖先，但它们 为我们了解那些仍以单细胞状态游弋的祖先提供了线索。鞭毛虫通常独自生活，用类似精子的尾巴移动，并贪婪地吞食细菌。但它们也能形成大的群落。如果我们能理解为什么会发生这种情况，我们或许就能了解到我们的单细胞祖先为什么也这样做。King 现在找到了答案，而且是一个引人入胜的答案。在暴露于它们所吃的一些细菌产生的称为 RIF-1 的分子后，孤立的细胞变得群居。当它们分裂成两个时，子细胞通常会分道扬镳；加入一点 RIF-1，它们就会粘在一起。这引出了一个显而易见的问题：细菌是否也帮助了动物的单细胞祖先团结起来？它们是否为每只蚂蚁和大象、每条鱼和每只画眉的进化奠定了基础？“这是我最喜欢的假设，”新研究的首席作者 Rosie Alegado 说。“动物进化于充满细菌的海洋中，一直被动地暴露于细菌的化学信号，无论是故意的还是无意的。”但她谨慎地指出，这仍然是一个悬而未决的问题。她的研究确实让夏威夷大学马诺分校的研究动物发育的 Michael Hadfield 感到兴奋。“这项发现是近年来对进化生物学最重要的发现之一。”他认为，King 的细菌正在诱导原始胚胎的产生，并“暗示着细菌在动物进化中起着非常重要的作用。”Hadfield 还对与海绵的联系感到好奇。海绵是最早出现的动物之一，它们拥有称为领细胞的细胞，这些细胞看起来与鞭毛虫非常相似。它们具有相同的基本形状，并利用它们摆动的尾巴产生扫入食物的海绵。Hadfield 说，海绵是数十种细菌的宿主，这些细菌在海绵胚胎周围形成密集的群落。“对我来说，这引出了一个问题：细菌对于海绵胚胎细胞的凝聚力是必不可少的吗？”他问道。研究 多细胞生命起源 的 William Ratcliff 采取了一种更审慎的看法。“这篇论文表明环境真的很重要，”他说。当它们吃的一种物种在周围时，鞭毛虫在生长方式上发生了根本性改变。“没有人会预料到这一点，这应该提醒我们，在人造条件下的实验室研究的推断要谨慎，因为‘未知的未知’可能会产生重大影响。”但他不太确信这些结果与多细胞（许多细胞）生命的起源有关。“现代鞭毛虫不能代表动物的祖先，”他说。它们已经在独立进化了 6 亿多年，“它们在重要且很大程度上未知的方式上与动物分化了”。因此，我们不能假设现代鞭毛虫与现代细菌之间的关系反映了当动物的单细胞祖先开始聚集时发生的情况。这项新发现是多年来挫折、辛勤工作和偶然相遇的结晶。当 King 于 2000 年首次开始研究鞭毛虫时，许多人曾在野外见过这些生物形成群落，但没有人能在实验室中复制这些群落。在一次去弗吉尼亚的旅行后，她成为了第一个做到的人。在那里，一位同事 Tom Nerad 在沿海水样中发现了美丽的鞭毛虫群落。King 今天仍在研究相同的鞭毛虫——一个称为 *Salpingoeca rosetta* 的物种。这并不容易。在野外，该物种形成了大量的群落。King 回忆道：“在实验室里，‘它形成群落的频率非常低，而且不可预测。’”她的团队尝试了所有可想象的参数，以期促使单细胞形成蓬勃发展的群落，但都徒劳无功。令 King 沮丧的是，她转向了另一个目标：对 *S.rosetta* 进行基因组测序。这时她的运气开始好转。要生长 *S.rosetta*，你需要喂养它们细菌，但细菌也可能用自己的基因污染测序结果。为了摆脱它们，本科生 Richard Zuzow 用不同的抗生素喂养鞭毛虫，但最终破坏了它们形成群落的能力。Zuzow 从 Nerad 收集的原始沿海水样中取来细菌，并将它们加回到鞭毛虫中。一种细菌诱导了群落的生长。Alegado 接手了。她确定了负责的物种——一种名为 *Algoriphagus machipongonensis* 的新物种——并表明它的近缘物种也能促使鞭毛虫形成群落。这个群体，即拟杆菌门，与动物有着长期的联系。例如，它是我们肠道中发现的群体之一，并影响我们的胖瘦。Alegado 在哈佛医学院化学家 Jon Clardy 的团队的帮助下，纯化了负责细菌能力的分子。这种称为 RIF-1（菌落诱导因子）的物质是一种类似脂肪的分子，称为磺胺脂。RIF-1 本身就能诱导形成菌落，并且在极低的浓度下——每毫升只有几千个分子就能起作用。在如此微小的浓度下，Clardy 的团队花了 2 年多的时间才分离出足够多的 RIF-1 来进行鉴定！Alegado 写道，*S.rosetta* 可能将 RIF-1 用作表明周围有多少细菌的信号。群落比单个细胞更能捕获细菌，因此如果 RIF-1 丰富，鞭毛虫聚集在一起以更好地利用丰富的资源是有道理的。Ratcliff 说，另一种可能性是，这些细菌化学物质在天然水体中非常普遍，“鞭毛虫已经失去了产生它们的能力，并且在它们不存在时发育不全”。仍有许多东西有待发现。*S.rosetta* 是否需要实际吃掉细菌才能对 RIF-1 做出反应，还是可以远距离拾取分子？RIF-1 在鞭毛虫中究竟是如何触发群落生活方式的？RIF-1 今天是否会影响动物？同样，过去它是否影响过我们的祖先？“我是否相信 RIF-1 样分子对动物的起源做出了贡献？”Alegado 问道。“我不知道。如果我允许进行大胆的猜测，我会说，拟杆菌门的细菌与动物有着长期的联系。因此，我相信这类脂类可能对动物生物学具有未被探索的相关性，而这种相关性可能具有古老的根源。”参考文献：Alegado, Brown, Cao, Dermenjian, Zuzow, Fairclough, Clardy & King. 2012. Bacterial regulation of colony development in the closest living relatives of animals. eLife, 引用待确认。更多关于多细胞起源的信息
