[亲子百科] 亲子百科实录：细菌会说话吗？

本帖最后由 zwyqs 于 2011-11-30 08:33 编辑

昨晚，儿子跟我描述了一个威猛先生的广告，说一喷，细菌都死了，我点头附和着。这时候他忽然问我“妈妈，细菌会讲话吗？”
我一时没反应过来，头脑里快速搜索关于细菌的知识，无奈我对这方面实在不是很了解，儿子估计也看出了我答不上来，换了一种问法“细菌会发出声音吗？”我只好承认自己无知，由于已经上床准备睡觉，我只能答应第二天会帮他查查，并且很肯定滴说“I promise”
今天上班的时候，我上网搜了一下，结果关键词换了一堆，关于这方面的详细资料少得可怜，大部分都是关于细菌的繁殖，危害和益处，关于能不能发声，我找到了3份简单的资料（后面会附上），声音是由振动产生，当细菌运动时会发出微弱的声音，但由于十分微小，目前这种丰富多彩的微观世界还大多停留在“只见其人不闻其声”的无声时代。
中午下班回家，果不其然，他开始要求我讲一讲“germs”,他永远是这样，不会轻易放弃他想要了解的东西。
开场白很俗套，是他知道的知识“are the  germs tiny or big?”
"tiny"
"yes,they're very tiny,so can you see them with your eyes?"
   “no”他用手比划一下，做出很小很小的样子。
   “they're almost everywhere,in the air ,on your skin,on your clothes......”我一边说一边指着空气，他的皮肤，和衣服，当然以上这些知识他是明白的。
   “but we can use a microscope to see them ”，我把拇指和食指扣起来放在眼睛上模拟microscope，显微镜他是用过的，以前他爸爸曾经用一个挺高档的显微镜让他看了细胞，细菌等，所以我做了这个样子，他明白了microscope就是显微镜的意思，我重复了几遍这个单词。
   开始引入正题“last night, you asked me a question "can germs make a sound?"”这是他最关心的问题
   “I'm not sure if the germs can speak, but at least they can’t talk to each other like us” 为了更明白解释，我用最朴素的话说了“we can say hi/thank you/sorry,can germs say that”
   他摇头说“no”,并且在笑，估计他觉得细菌会讲人话不靠谱。
   "but germs can move,  they can produce sound When they move",我夸张地做着扭动的动作，假设自己是个细菌，然后举了些例子“you can move too,you can walk /dance /jump /hop...when youmove ,you can make a sound”我学了他走路的声音，跳舞的声音
      “can you hear that sound with your ears?”
      "no",他很轻松，每次回答一个词就好
      “the sound is too low to hear it”，他把手放在耳朵边做出听不到的样子。
         scientists invented a new equipment called micro-ear , wu can hear that sound through micro-ear
      后面继续扯了些别的有关细菌的东西，好在儿子没问我要micro-ear，否则我又要费尽口舌解释了。

   另外补充一点细菌可以称“germ”,也可以说“bacteria”

   对话的句子没有参考资料，原创，所以语法的正确性如何，我不敢百分百保证，希望看帖的童鞋们批评指正。

附参考资料
1，英国广播公司网站近日报道称，一种被称为“微耳”的新型设备或许有望改变这一现实，让听到细菌的声音成为可能。
　　据介绍，“微耳”是一种借助光镊原理的激光技术，由英国格拉斯哥大学、牛津大学和英国国家医学研究所三家研究机构共同开发。研究人员希望此设备能够成为标准的试验设备，以更好地监听微观世界的活动，包括用它来随时监听细胞的活动情况、监听药物对微生物群的作用等。
　　负责该项目的格拉斯哥大学的乔恩·库珀称，借助“微耳”，他们就像拥有了一个极小极敏感的麦克风，从而可以窥探到小至细菌或细胞运动的声音。“微耳”和光镊一样都采用了激光技术，不同的是，光镊通过一束激光形成的三维势阱俘获、控制微小粒子；“微耳”则通过多束激光在目标物上形成环状来捕获目标物的振动，从而获得声音。
　　研究人员举例说，比如让只有人类头发丝百分之一大小的微小带电珠子环绕诸如大肠杆菌这样的微生物，每束激光捕获一个带电珠子，微生物的运动引发的任何声音都能够被晃动的珠子感受到。科学家使用一个高速照相机来记录珠环的运动，以确定运动源于何处。
　　据称，目前研究人员已经用“微耳”听到了液体中粒子进行布朗运动（悬浮在气体或液体中的微粒作永不停止的、无秩序的运动）的声音，他们还计划用“微耳”听细菌运动时其鞭毛（细菌体上一种细长并呈波状弯曲的丝状物，是细菌的运动器官，也是鉴别细菌种类的一个主要标志物，被喻为细菌的发动机）所发出的声音。为了使这一过程进行得更加顺利，科学家必须对细菌进行基因编程以让其能够更好地附着在珠子上，这也意味着科学家可以采用这种方法来更好地理解经基因改造过的细菌。
　　除基础研究外，“微耳”同样也可以被应用于医疗领域，研究人员可借助“微耳”听取药物影响微生物的过程，就如同修理工通过引擎声辨别出汽车故障一般。
　　下一步，研究人员希望能通过“微耳”听到引起人类昏睡病的锥虫的声音，以期通过研究这些血液寄生虫的运动方式研制出治疗该病的新药。“昏睡病”是一种由寄生虫感染引起的疾病，流行于中部非洲，病人会不断陷入昏睡状态，直至死亡。非洲每年有6万多人和300多万头牛的死亡与此有关。

2，FROM BBC NEWS(Feb.27, 2010)----A micro-ear could soon help scientists eavesdrop on tiny events just like microscopes make them visible.

Initially, researchers will use it to snoop on cells as they go about their daily business.

It may allow researchers to listen to how a drug disrupts micro-organisms, in the same way as a mechanic might listen to a car's engine to find a fault.

A team from three UK institutions are building the device, which they hope will become standard lab equipment.

Institutions involved include the Universities of Glasgow and Oxford as well as the National Institute of Medical Research at Mill Hill.

3，

摘自（《科学美国人》中文版）2004年5月

聆听细菌说话

微生物之间似乎可以相互交谈和合作。一位女科学家不仅能听懂它们的话，而且还能翻译呢。一大早，就见Bonnie L.Bassler正快步走在普林斯顿大学的校园里，飞舞的亮紫色外套，飘扬的褐色卷发，还有爽朗的笑声。她刚从每天清晨6:15开始、由她辅导的有氧舞蹈课归来。她强调说：“我5:42准时起床，一分不早，一分不晚。”她谈论事情总是这样精力充沛。当话题转到她的工作上时，她更是不可思议地神彩飞扬。她笑着说：“我天生闲不下来，会忙到让人看不清身影。” 41岁的Bassle是分子生物教授，2002年麦克阿瑟基金会“天才奖”得主，偶尔客串的演员、舞者和歌手。她研究细菌以及同种和异种细菌之间的沟通。细菌间的沟通现象被称为“群体感应（quorum sensing）”，这是一门年轻的科学。直到不久前，还没有人认为细菌可以相互交谈，遑论它们因此而改变行为；而Bassler便是让这一领域快速起飞的推手。目前，她已经破解了细菌的某些“方言”，亦即不同物种所采用的遗传和分子机制。不过，她最著名的研究，还是鉴定出了可能所有细菌物种都共有的通用语，她开玩笑地称之为“细菌世界语”。顾名思义，群体感应就是细菌判定其邻近有多少同类的方法。如果“菌”多势众，它们就会开始做正事或者捣蛋。例如，乌贼体内的数百万生物发光菌，可以决定同时发出荧光，使乌贼通体发亮，分散捕食者的注意力从而逃命。又如沙门氏菌，可能要等到集结成群后，才释放毒素致使其宿主患病；倘若细菌是侠客般的单打独斗而非军队似的集体作战，那么免疫系统会很容易地将它们清除掉。此外，研究者已经发现，细菌会应用群体感应来形成覆盖牙齿或侵蚀船壳的粘性生物膜，以及调节繁殖和孢子的形成。如果这一理论成立的话，其意义是巨大的。群体感应为研究进化提供了一条途径：或许早期的细菌是在彼此沟通后，根据不同的功能而加以组织，最后形成复杂的生命体。在实用方面，群体感应则为医学提供了一个策略：破坏致病细菌（例如对抗生素具有耐药性的肠球菌）的通信系统，或许它们就无法组织起有效的攻击。按Bassler的说法是：“你可以把它们变聋，也可以把它们弄哑。” 1960年代后期，对于群体感应的研究已经开始。当时两位科学家（J.Woodland Hastings和Kenneth H.Nealson）发现Vibrio fischeri这种海洋细菌，在达到临界数量后会发光，而在细菌数量不足时就保持黯淡。两位研究者推断，细菌释放了一种他们称之为自诱导物（autoinducer）的信号，正如美国著名儿童文学作家苏斯博士（Dr.Seuss）的童话中，胖象霍顿（Horton）的尘斑喊着：“我们在这儿！我们在这儿！我们在这儿！我们在这儿！”当合起来的杂音足够大时，整个群体就会发亮。1983年，美国加州Agouron研究所的R.Silverman和一位同事鉴定出了V.fischeri的自诱导物及其受体的基因。 1990年，Bassler在美国约翰-霍普金斯大学获得博士学位后，开始追随Silveman一道工作。她决定研究另一种发光的海洋细菌V.harveyi，以确认它的信号系统是否与V.fischeri的相类似。她从制造突变细菌入手，破坏这个基因，改变那个基因，看看能不能伤到让细菌整体发光的基因。她自嘲地说：“你关掉屋子里的灯，然后找那些本该发亮却无光，或本该黯淡却发光的菌落。这是连白痴也会的遗传学。”最后Bassler找到了V.harveyi的自诱导物及其受体的基因。同时，她还发现了一个令人惊奇的现象：如果同时破坏掉自诱导物和其受体的基因，再将改变后的V.harveyi放入不同菌种的混合种群中，V.harveyi还是会发光。Bassler指出：“因此我知道，还存在第二种机制；而因为细菌的基因组没有多余的空间可浪费，所以第二种机制一定是为不同目的而存在的。”外来细菌释放了某种V.harveyi能感应的物质。Bassler称这种物质为自诱导物质2号（AI-2）。1994年，当群体感应领域蓬勃发展之际，Bassler搬到了普林斯顿。后来，她和其他人证实，是群体感应启动霍乱弧菌之类的细菌释放毒素，并且还发现，测试过的每一种细菌都有其独特的自诱导物，用来与同类沟通。革兰氏阴性菌（如绿脓杆菌）会利用不同形式的酰化高丝胺酸内酯；革兰氏阳性菌（如金黄色葡葡萄球菌）则利用胜肽。此外，Bassler所观测的细菌，大部分也使用AI-2。她回忆说，在1997年之前，“我们就看得出所有检查过的细菌都会制造这个分子，而不仅仅是那些奇怪的海洋细菌，于是我们产生了‘细菌具有区别异已能力’的想法。”对于Bassler来说，不同细菌能进行交谈是再合理不过的了。她说：“每天早上，你的牙齿上都有600种不同的细菌，每一次它们都保持一模一样的结构：这家伙旁边固定是这种细菌，更旁边则是那一种。细菌不可能只认识‘自己人’，它一定还认识‘外人’。” Bassler和她的学生开始纯化和鉴定AI-2。经过博士后研究员Stephan Schauder、结晶学家Frederick M.Hughson和陈新的努力，他们终于成功了。AI-2是一种不寻常的化合物质，是一种中央有一个硼离子的糖分子。Bassler惊叹道：“这个分子的神奇之处，在于它是第一个利用硼而有生物功能的分子，第一个！” 目前，Bassler和同事们正试图确定AI-2是独立传递信号，还是会与其他分子结合来形成稍有变异的“语言”。如果是后者，那就不算是世界语了。美国纽约大学微生物学家Richard P.Novick评论道：“她的研究非常卓越，但目前对于AI-2的来源和原因仍有争议，它在不同系统下所扮演的角色也还没有完全搞清楚。” 一些科学家也担心，除了Bassler的发现之外，其他的群体感应观点可能被过度诠释了。美国康奈尔大学的微生物学家C.Winans质疑道：“细菌是真的想交谈？还是只是意外？现在大家接受的看法是，这些细菌想要彼此沟通，但这想法可能太理想而不切实际吧。” Bassler的朋友也是昔日的老师Silverman，形容她“具有强烈意志”、“寻求真理”且“毫不妥协”，从她的干劲可看出，她一定会去倾听细菌的每一句话。不过她目前正把精力集中在探索AI-2上。她说：“我希望所有的细菌都使用AI-2，但可以肯定我一定错了；而我之所以这样希望，是因为如此一来要开发药物会比较容易，不是吗？”Bassler是几位与药厂合作开发新药的群体感应研究者之一。 1999年，她更与一位Agouron研究所的前同事成立了一家名为Quorex的公司。尽管目前她的参与有限，但她对这家公司找到全新的抗菌药物抱有信心。Bassler说：“这在过去会被认为是异端邪说，现在却成为10年前还不存在的惊人领域。”