細菌能長大嗎（細菌為什么長不大）
近日，科學界公布了一個讓人驚訝的發現，來自加利福尼亞州門洛帕克復雜系統研究實驗室的海洋生物學家們公布了一種長達2cm的細菌，并命將其名為T. magnifica。
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T. magnifica呈現絲狀，肉眼可見，但它只有一個細胞組成，發現它的研究人員最初都不敢相信這是事實，因為許多微生物（如黏菌和藍藻）會形成肉眼可見的細絲，而那些細絲都是由許多細胞堆疊組成的。
圖：T. magnifica
然而，研究人員用了5年時間，使用各種顯微鏡和染色方法，最終證實T. magnifica確實是只有一個細胞的細菌。
T. magnifica的這種尺在細菌界絕對是巨無霸，它是普通細菌的5000倍，用生物學家的話來說，普通細菌在它面前就像一個人站在珠穆朗瑪峰面前一樣；用網友的話來說就是這哪里是“細菌”，它分明就是“粗菌”。
事實上，大部分細菌都很小，大部分微生物研究人員甚至認為細菌不應該長得很大，T. magnifica比先前人們預測的最大細菌至少要大出10倍。
那么問題就來了，為什么T. magnifica能長這么大，而其它大部分細菌都只能是很小呢？
圖：原核細胞和真核細胞的區別
簡單的原核細胞
長期以來，生物被歸為兩大類，一類被稱為真核生物，從真菌到大多數形式的多細胞生物都屬于這一類，當然也包括我們人類在內。
另一類則是相對簡單的原核生物，包括所有的細菌，以及古細菌等單細胞生物都被歸入這一大類。
這里有一個例外，那就是病毒，病毒不屬于這兩類的任何一類，所以病毒到底算不算生物現在存在許多爭議。
二十面體腺病毒，圖源：GrahamColm
真核生物和原核生物最大的不同就是它們的細胞是否擁有細胞核，以及其它的細胞器，細胞核和細胞器會把細胞的一些重要組成部分牢牢地鎖在里面，比如DNA。
很明顯，相對簡單的原核細胞是不存在細胞核這些復雜結構的，同時由于它非常簡單，所以它們的基因組也非常有限，有時候甚至只有一個DNA環 。平均而言，細菌基因組也大約只有400萬個堿基和大約3900個基因。
這種簡單的細胞結構和少量的基因組，讓原核細胞無法進行復雜的細胞分化，所以原核細胞根本無法形成多細胞生物。
這就是為什么包括細菌在內的所有原核生物都是單細胞生物。
圖：粘在一起生存的多頭絨泡菌
其實，有一些細菌會采用一種被稱為生物膜的生存模式，它們會分泌一些多糖作為粘合劑，彼此粘合在一起，就像擁有智慧一樣產生“群體感應”現象，以此來增強生存能力。
但它們并沒有像真正的多細胞生物（真核生物）那樣擁有復雜的細胞分化——各種細胞能夠執行不同的功能，所以這種模式也不能稱為多細胞生物。
那不勒斯鹽硫桿菌細，圖源：Tsai Y
讓簡單變得更簡單
我們通常認為細胞應該很小，但其實有些細胞可以很大，比如一些鳥類的受精卵也是肉眼可見的細胞，只是作為原核生物的單細胞，細菌確實很難變得更大。
這是因為這些簡單的原核細胞沒有那些復雜的細胞器，連DNA都是在細胞內自由浮動的，這導致它們生命過程的空間會受到限制。
如果原核細胞很大的話，就會導致細胞生命活動時產生的廢物需要更長的時間排出細胞外，這些廢棄物中很多都是對生命有毒的。
由于原核細胞重要的東西都裸露在外，如果不能快速將廢物排出細胞外的話，它們可能自己就中毒死了。
根據這種簡單的過程就可以推斷出，細菌的細胞理應該不會太大才是。
但實際上，細菌都很小還有一些另外的進化因素，那就是它們在營養攝入的時候，如果細胞太大的話，其實對它們也是非常不利的，因為那樣營養需要在細胞中流動更長的時間。
換句話說，如果細菌的細胞很大，它的進食效率就會很低，這樣會損耗掉很多能量，對于生物來說肯定是不利的。
所以，細菌的尺寸越小，它們就越節能和穩定，它們也就能夠以較少的能量投入將其營養物質運入和代謝廢物運出細胞。
當然，節約的能量可以讓它們繁殖更多。自然選擇很容易找到最優的生存方案，因此就進化上來說，細菌也不應該太大才是。
那么，為什么這次新發現的細菌——T. magnifica能長這么大呢？
2cm的細菌維持細胞穩定？
其實，現在沒人知道T. magnifica為什么可以長這么大，但是有一些原因讓它在這么大的情況下也不至于被自己毒死或餓死。
1999年的時候，研究人員在納米比亞海岸附近發現了火龍果種子大小的巨型噬硫細菌，當時研究人員發現，這種巨型細菌的細胞內容被一個巨大的、充滿水和硝酸鹽的囊擠壓到細胞壁處，它們執行生命活動的部分都沿著細胞邊緣存在的，這是它們很大且能生存下去的原因。
T. magnifica和這種巨型噬硫細菌的情況是差不多的，它們也擁有巨大的、包含水的囊——大約占了它們總體積的73%。
事實上，因為這兩種細菌都擁有這種相似的遺傳特性，它們被歸為同一個屬——硫珠菌屬，而T. magnifica也像它們的近親——巨型噬硫細菌一樣，它們的細胞內容物也被這個囊擠到了細胞邊緣。
不過，相對于硫珠菌屬的其它細菌，T. magnifica還擁有一個囊——一個類似細胞核功能的結構，把所有的DNA都包裹在其中。
其實，T. magnific有點像介于原核細胞和真核細胞之間的細胞結構，所以這項研究的研究人員直言：是時候重新思考我們對真核生物和原核生物的定義了。
擁有了保護DNA的結構會后，T. magnific自然也就擁有了更多的基因組，經過測序后，研究人員發現T. magnific擁有 1100 萬個堿基，其中包含大約 11000 個清晰可辨的基因，將近普通細菌的3倍。
基因變多了之后，它自然有資格變得更加復雜，這也是它們可以變得更大的原因之一。
最后
其實，單細胞生物的細胞變得更大之后，也是有很明顯的生存優勢，因為這增加了它們的表面積，可以更好、更多地吸收營養物質，同時由于體型變大了也更不容易被別的微生物吃掉。
當然，現在T. magnific長這么大的進化目的還有待進一步研究，但無論如何，這是“細菌界”的奇跡（qipa）。
