Microbes: It's Complicated
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来自NPR。问问任何科学家做野外工作是什么感觉。你知道的,冒险进入现实世界并采集真实事物的样本。你会得到很多答案。对一些人来说,环境充满了美丽、奇迹和珍贵。而对其他人来说......这几乎就像突然进入地狱一样。这是Devaki Bahaya。她是一位分子生态学家,也是卡内基科学研究院的研究员。她也是密歇根大学的教授。

她描述的环境是怀俄明州的黄石国家公园。她第一次看到这些间歇泉和温泉时,有点震惊。那里荒凉一片。有蒸汽冒出来。闻起来像硫磺。还有沸腾的泥浆。我的意思是,我认为这就像在地狱里,对吧?

但后来她走近了,仔细观察了温泉。那里有各种颜色,美丽的颜色,深橙色、亮橙色、绿色、橄榄绿。Devaki对所有这些能够承受沸腾高温的小生命形式着迷。生命形式。

在生物学界被称为嗜极生物的生命形式。微生物嗜极生物,也就是在非常恶劣的环境中的微生物,长期以来一直被科学家们单独研究,他们采集样本,将其放在显微镜下,观察这种微生物吃什么以及它产生什么。

但对Devaki来说,这种方法只给了我们一半的画面。单独研究事物是很好的,因为你可以进行很多操作,但你绝对会错过它们与朋友、敌人、表亲和朋友一起做的事情。

它们如何在村庄里活动?Devaki想研究整个村庄。她想知道,微生物在其微生物群落中是如何活动的?它们如何形成比其各部分总和更大的东西?当它们一起工作时,它们会形成更复杂的模式。所以这就像看100个Devaki,它们如何在村庄里活动?

现在你谈论100个Devaki和卡内基的每个人,现在你想到的事情,性感的术语是涌现行为,你仅仅通过观察100个Devaki的行为是无法预测的事情。

所以今天节目中,微生物村庄,微生物彼此学习什么,它们告诉我们关于进化什么,以及我们可以从研究它们微小但强大的关系中学到什么。我是Emily Kwong,您正在收听Shortwave,来自NPR的科学播客。这条消息来自Carvana。使用Carvana Value Tracker发现您汽车的价值。当您汽车的价值发生变化时,随时保持最新状态。使用Carvana Value Tracker始终了解您汽车的价值。

好的,Devaki,让我们从头开始,因为我确实想了解你如何开始研究群落中的微生物。你最初的问题是什么?你想弄清楚什么?是的,我们开始研究的问题是如何种群活动?测序基因组非常昂贵。因此,我们采集了整个种群,得到了所谓的宏基因组。

所以我们得到了那里所有的东西。就像温泉普查一样。然后,当然,你可以得到那个DNA,然后你必须把它分开,说,这个基因组属于这个人,这个基因组属于那个人。现在你试图弄清楚,好吧,它们是如何相互作用的?第二层是,好吧,你知道谁在那里,很好。

他们在做什么?这时你使用一种叫做转录组学的东西,它用来观察,它们是否活跃?它们什么时候活跃?它们晚上活跃吗?它们白天活跃吗?它们中午活跃吗?所以它填补了从个体可以做什么到整个群落正在做什么的空白,我认为这非常令人着迷。是的。好的。所以你采用了这种微生物普查方法。

你开始观察哪些微生物在哪些时间活跃。然后呢?比如,你发现了什么?所以我们求助于一种叫做比较基因组学的方法。你观察基因组,比较它们,看看有什么不同。首先让我们注意到的是,似乎存在这些整体

让我们称之为模块,它允许蓝细菌突然做一些它以前没有做过的事情。这就是我们所说的水平基因转移。所以有些东西从其他地方进来,突然给了这些生物机会进入一个新的生态位,拥有新的能力。对。水平基因转移是这种想法,即这些微生物

只是彼此传递基因,在这种情况下是新的功能。

你是在说你在温泉中的这些微生物中发现了水平基因转移,对吗?所以我们认为我们知道,在较低的温度下,有更多所谓的遗传多样性。有更多的灵活性。有更多这种基因组的改组。我们在高温下看到的较少,几乎就像人们可以想象约束条件更高,并且谁可以做什么的自由度更小一样。但这就像认为

进化是一棵树或像灌木丛一样。这就像灌木丛。它们只是在变化和获取东西,对吧?所以它真的颠覆了我们对进化的传统观点。所以微生物的情况是,它们不是

仅仅在个体层面运作。就像它们可能以独处的方式行动,但有很多......给予和索取。我的制作人Hannah Chin称之为微生物互助行为。绝对的。是的。特别是您正在研究的这些细菌,它们正在彼此传递基因。它们之间存在某种关系。

是的。好吧,说到这个,我对此非常好奇。比如,你如何研究一种关系?这就像个体治疗师和夫妻治疗师的区别吗?是的。

还是家庭治疗师?比如,你是怎么做到的?是的。所以再次提出一个很好的问题。你可以通过两种方式之一来做到这一点。一种是在原位,对吧?所以你观察事情在环境中发生的情况,对吧?你俯身在温泉上,脸对着它。收集样本。不是我,有时是。实际上,大量的优秀博士后和科学家。

当然,当然,当然,当然。你弯下腰收集样本,把它们冷冻起来,然后带回来。但这就像快照一样,对吧?我早上九点在那里。这就是微生物当时的行为,对吧?你这样做的方法是,你可以得到它们的基因,你可以通过观察哪些基因活跃等来了解它们的活性。

等等,对吧。但我认为我们正在进入一个时代,在这个时代,我们采取个体方法并构建我所谓的合成群落。所以你现在以某种方式从环境中发生的事情中学习规则。现在你试图在实验室里复制它们。你没有得到快照。你随着时间的推移看到了它。你操纵光线,你操纵氧气水平。等等,你在制造你自己的

微生物群落?是的。是的。我们开始这样做了。我对此非常兴奋。我认为这将会有很多障碍,很多道路上的颠簸,但我认为这是正确的方向。是的。然后你开始玩微生物版本的模拟人生,你知道的,就像玩弄所有微生物关系一样。所以在原位研究了这些微生物之后,现在又以合成的方式进行实验。你想用这些合成微生物群落回答哪些问题?太好了。是的。所以我们像科学家一样开始,一步一步来。我回到趋光性的问题,对吧?两种形状和基因组非常不同的生物体。当它们聚集在一起时,我能预测它们将如何向生命移动吗?

让我给你举一个很好的例子。好的。所以蓝细菌是这些微生物。它们经常被错误地称为蓝绿藻,但实际上它们被称为原核生物。它们没有细胞核。好的。

它们具有在各种不同条件下进行光合作用的能力。对,你之前在温泉中谈到的那些美丽的蓝绿色。所以其中一种生物又长又细。

它具有一定的色素。它也进行光合作用。另一个家伙,我经常谈论的蓝细菌,它们就像小香肠一样。所以把它想象成带有香肠的千层面,对吧?千层面可以到处移动。它们移动很快。它们有效地移动。蓝细菌更受光线方向的驱动。所以它们正在向光移动。现在,如果你把千层面和香肠放在一起,它们会如何活动,对吧?对。

你未必知道,但你可以提出一些假设。我觉得我之前说过你在玩微生物模拟人生,但你实际上是在玩微生物厨师,因为这些微生物将彼此更加紧密地结合在一起,具有水平基因转移的潜力。就像微生物聚在一起时会做什么?是的。

我可以在NPR上这么说吗?是的。我们与我的一个好朋友Daniel Fisher一起撰写的一篇论文中,我们使用了这个词,即细菌的行为实际上是准性种群。我们认为......哇,这就像模拟人生。他们欢呼。但他们真的做了很多基因交换,并且真的导致了新的行为,你知道的,这就是性,至少在生物学上是这样定义的。是的。

这是我们没有过多讨论的事情。它们作为群落,它们正在进化。对吧?

对。它们获得了新的功能。它们正在做不同的事情,但它们确实想一起做一些事情,而且它们在一起更好。我必须问,你知道,蓝细菌,除了拥有比我意识到的更令人兴奋的生活之外,哇,它们也很古老。我的意思是,这些是数十亿年前就存在的古老的光合生物。但从大局来看。

了解蓝细菌和微生物的进化能告诉我们关于进化整体的什么信息?是的,是的。我想引用一位著名的诗人约翰·多恩的话,他说,没有人是一座孤岛。我喜欢约翰·多恩。我想说,没有微生物是一座孤岛。

而且说实话,我的意思是,这听起来很酷,但我认为这是真的,它改变了我们思考的方式,对吧?无论如何,回到蓝细菌的进化,这真是太壮观了。我认为这超出了我的想象力,因为某些东西存在于三十五亿年前。

我的意思是,我们已经存在了25万年的时间,而且我们做得并不好。这些人已经克服了地球进化的巨大变化。你知道的,只是令人难以置信的各种环境。无论你走到哪里,你都找不到没有它们的地方。你知道的,地下数千英尺的金矿,你会发现微生物。

所以这是一个微生物世界,而且存在着沉默的大多数。我觉得所有这些新技术都使我们能够探究这一点。但我认为说我们需要研究群体行为的概念并不夸张。

因为我们不能孤立地研究它,对吧?完全正确。是的,我觉得这几乎适用于科学是如何进行的,对吧?我知道其他团队已经将您为他们的研究开发的这些分析技术用于他们的研究。所以这几乎就像你在做,我不知道,为你的同事进行水平基因转移。这让我想到,当一个人慷慨时,整个社区都会受益。

这是一个我们想要研究社区的元思想,但我们需要一个科学家社区来做到这一点。我们需要微生物学家。我们需要研究蛋白质结构的人。我们需要理论家。我们需要在实地进行这项工作的人,因为我们都以我们自己的方式,某种程度上是孤立地进行这项工作。

而且,你知道的,如果你谈论梦想,那就是一个梦想,我们会选择一些社区,然后说,我们能否让我们的团队走到一起,真正解决沉默的微生物多数人的重大问题?Bahia博士,非常感谢您与我交谈。不客气。

如果您喜欢这一集,您会喜欢我们关于生命之树上最后一个普遍共同祖先卢卡的那一集。查看一下,并确保通过关注您正在收听的任何播客平台来不错过任何新剧集。如果您有写作的冲动,请给我们留下评论,因为这真的对节目有帮助。

本集由Hannah Chin制作。它由我们的节目主持人Rebecca Ramirez编辑,并由Tyler Jones事实核查。Jimmy Keeley是音频工程师。Beth Donovan是我们的高级总监,Colin Campbell是我们的播客战略高级副总裁。我是Emily Kwong。感谢您收听Shortwave,来自NPR的科学播客。这是美国生活节目的Ira Glass。每周在我们的节目中,我们都会选择一个主题,讲述关于该主题的不同故事,我们马上回来。

好吧,我就在那里停下来。您正在收听NPR播客。您可能知道我们的节目。所以,相反,我要告诉你们,我们最近一直在播放非常好的节目。一些宏大的史诗般的情感故事,还有一些奇怪有趣的东西。

下载我们的美国生活节目。Matt Wilson在纽约市儿童医院工作多年。我戴着夹式领带。我穿了11码的Heelys。Matt是一位医疗小丑。医疗小丑的角色是将游戏、快乐、希望和光明的感觉重新引入通常不会居住的空间。关于应对不确定性的想法。这是来自NPR的TED Radio Hour播客。

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