海洋中最成功的细菌，或已困于自身进化桎梏

最新研究发现，帮助一种海洋细菌在当今海域繁衍生息的优势性状，可能终将成为其致命弱点。

数十年来，SAR11菌一直被视为海洋高效能的典范：这种微型微生物能在养分稀薄的水域蓬勃生长。但最新研究指出，正是帮助它们征服贫营养海域的这些特质，也让它们在环境变化时显得尤为脆弱。

SAR11遍布全球表层海水，在某些海域可占海洋细菌总量的40%。它们的优势来自基因组精简——这种进化策略通过削减基因，使细胞耗费更少能量维持多余的生物结构。在稳定且贫营养的水域中，这种策略卓有成效，但最新研究揭示，当环境变得不稳定时，SAR11可能因缺乏应对工具而陷入困境。

《自然·微生物学》近期发表的研究指出，这种极端精简策略存在严重缺陷。

"SAR11在适应并主导稳定贫营养环境方面取得的非凡进化成就，可能使它们更容易受海洋环境变化的影响。它们或许把自己进化进了一个陷阱。"该研究的通讯作者、生物科学与地球科学教授卡梅隆·思拉什解释道。

通过分析数百个SAR11基因组，研究人员发现许多菌株缺少调控细胞周期的关键基因。在多数细菌中，这些控制基因被视为稳态生长的必需要素，能确保细胞逐步完成DNA复制与分裂过程。

科学家早已注意到SAR11应对环境变化的能力欠佳，但令研究团队意外的是其在压力下的具体表现。许多细胞并未在环境恶化时暂停生长，而是持续复制DNA却无法完成分裂。

"它们的DNA复制与细胞分裂过程脱节了。细胞不断复制DNA却无法正常分裂，最终产生染色体数量异常的细胞。"生物学博士研究生、论文第一作者程传凯描述道，"令人惊讶的是，这种细胞特征如此清晰且可重复出现。"

通俗来说，这好比工厂不断复印说明书，却从不组装产品。其结果是产生携带额外染色体的异常肿大细胞，这些细胞往往最终死亡。

即使在营养充足时，这种机能失调仍会拖慢整体种群增长，这挑战了"食物越多微生物繁殖越快"的传统认知。

该研究还为海洋科学家长期观察到的现象提供了合理解释：在浮游植物水华后期，当水体中有机物增加时，SAR11数量往往会下降。

思拉什指出："我们早就知道这些生物不太适应水华后期阶段。现在终于有了解释：水华后期伴随新溶解有机物的增加，这会干扰SAR11的生理机能，降低其竞争力。"

这项研究对理解气候变化与海洋生态系统具有更广泛的意义。SAR11在海洋碳循环中扮演关键角色，随着海洋环境波动加剧，它们对升温和营养脉冲的敏感性可能重塑微生物群落格局。

"这项工作揭示了环境影响海洋生态系统的新途径——不仅通过限制资源，更通过干扰优势微生物的内部生理机能。"程传凯强调。随着环境稳定性下降，具有更强调控灵活性的生物可能获得竞争优势。

研究人员表示，后续工作将聚焦于揭示这些紊乱背后的分子机制。鉴于SAR11的巨大数量规模，这项研究将助力深化理解其在海洋碳循环中的作用。

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