當極端環境到來，不再適合生存和繁殖的時候，細菌就會轉變成孢子的形式。這種轉變可以讓細菌獲得超強的抵禦能力，孢子可以忍受極端的乾燥、溫度和壓力，例如一些致病菌在轉變成孢子後能在土壤中留存數年，等環境適宜的時候會再次蘇醒。
但科學家一直認為孢子處於一種非常模糊的生命狀態，嚴格來講，孢子並非像冬眠動物一樣進行深度睡眠，它們從生理層面來說與死亡無異，因為孢子沒有任何新陳代謝活動。
圖片來源：123RF
但是令人驚訝的是，這樣一片死寂的孢子卻能知道什麼時候醒過來，只要時機合適，細菌又可以重新復甦繁殖，擴充部隊。這一過程也令許多微生物學家為之著迷。
最近，《科學》的一項新研究首次發現了孢子「死而復生」的小小奧秘，儘管沒有代謝，但它們可以藉助儲存在內部的帶電粒子來進行調節，並且根據粒子的微小變化來告訴自己外界的營養水平高低，從而決定要不要醒過來。
「這項研究改變了我們對細菌孢子的看法，我們過去認為孢子是極其惰性的物體，」加州大學聖地亞哥分校的分子生物學家Gürol Süel教授表示，孢子仍然保留了處理信息的能力，尤其是利用電化學勢能來「計算」周圍的營養變化，這一過程完全不需要代謝參與。
新研究選取了數千個孢子狀態的枯草芽孢桿菌進行實時追蹤，這些細菌的生存能力極強，甚至可以在太空的壓力測試中存活很長時間。
研究會在它們的環境中給予非常短暫的營養脈衝，單次提供的營養信號並不足以直接讓孢子復甦。根據作者的追蹤觀察，前面幾次的營養脈衝的確好像無事發生，孢子還是毫無生機。
▲接收營養信號越強的孢子活力越強（亮度越高）（圖片來源：Süel Lab/Kaito Kikuchi & Leticia Galera）
但隨著營養脈衝數量的增加，枯草芽孢桿菌開始恢復了活力，它們彷彿可以記錄營養脈衝的次數，隨著數字的增加它們在某一刻就知道是時候蘇醒了。
於是作者分析了每一次營養脈衝時，細菌內部發生了什麼。他們發現細菌以鉀離子形式儲存的能量會在其中發揮作用，每一次刺激都能使得鉀離子從內膜釋放，當釋放得足夠多的時候，孢子就改變它的狀態重新復活。
▲每次接收到營養信號，鉀離子就會被部分釋放（圖片來源：Lombardino & Burton, Science, 2022）
作者指出這是一種典型的信號累積處理策略， 「這說明生理性失活的孢子實際也在執行一種決定選擇機制。」Süel教授表示，這種策略並不陌生，因為我們大腦中的神經元就是以類似的方式來處理信息的。一些短暫的信息輸入會不斷累積，當達到閾值的時候，神經元便會被激活並向其他神經元傳遞信息，進行交流。只是在細菌中，這一過程被用於喚醒孢子。
這種生存策略也讓人不禁考慮起了生命在外星存在的可能形式，是否一些在極端條件下的生命也在等待一個時機復甦呢？
當然，研究團隊首先需要做的是確認這一策略會在更廣泛的生命中使用，例如一些進入類似孢子狀態的真菌是否有可能採取了相同的方式，又或者鉀離子的濃度水平能否決定孢子的存留長度，這些都是作者很感興趣，想要解答的問題。
參考資料：
[1] Unexpected Activity in 'Dead' Bacteria Detected by Scientists. Retrieved October 11, 2022 from https://www.sciencealert.com/unexpected-activity-in-dead-bacteria-detected-by-scientists、
[2] Electrochemical potential enables dormant spores to integrate environmental signals. Science (2022). DOI: https://doi.org/10.1126/science.abl7484
