【光合作用】细胞也需要单独空间：被挤压得太紧会停止光合作用
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图片来源：Kristin A. Moore and Jeffrey C. Cameron
内向者振作起来，细胞像人一样，被压得太紧时，就会进入防御模式，甚至关闭光合作用。
在3月23日发表的一项研究中，科罗拉多大学博尔德分校的一个研究小组利用一种新的显微镜技术来跟踪单个细菌在复杂菌落中生长和分裂时的生活。
研究人员在这个过程中发现了一些意想不到的东西：每当这些单细胞生物(一种蓝藻)变得太脏时，它们就会开始关闭将阳光转化为糖的关键机制。
这项新研究的合著者、生物化学系的助理教授杰弗里·卡梅隆(Jeffrey Cameron)说，换句话说，这些微小的生物大幅放缓了它们的生长。
“如果一个细胞介于岩石和坚硬的地方之间，在它的内部，一切都在说，‘是的，我有营养。我想成长。’”同样来自科罗拉多大学博尔德分校可再生和可持续能源研究所(RASEI)的卡梅伦说，“但也必须有一个反馈说，‘我需要关闭光合作用，这样我就不会扩张和断裂。’”
这些发现发表在《自然微生物学》杂志上，为我们了解维持地球上大多数生命的这一过程提供了一扇新的窗口，特别是当生物的光合作用遇到困难时，它们是如何调节的。卡梅隆希望他的团队的研究结果也能帮助科学家开发定制的微生物，有一天这些微生物可以把光转化成电，甚至建造有生命的建筑物。
细菌煎饼
正如卡梅伦所解释的，这一切几乎是偶然开始的。
几年前，他发起了这项研究，心中有一个看似简单的目标：他和同事们想要追踪一个细菌群落中单个细胞在整个生命周期中的行为。
这可不容易，对于简单的生物，蓝藻可以形成相当复杂的结构。
“群落外部的细胞暴露在大量的光线下，而内部的细胞受到的光线很弱。” 卡梅伦说，“随着时间的推移，细胞逐渐生长和积累，它们会给自己遮荫。”
为了能够看到生长中的每一个细胞，卡梅隆发明了一种培养蓝藻细菌的方法，使它们像薄煎饼一样摊开。当他开始在显微镜下观察这些二维的生长时，注意到一个奇怪的现象：菌落生长得越多，里面的细菌开始挤在一起的越多，在某种特定的光下，它们开始发出更多的光，或者“荧光”。
他解释说，这些微生物把热量散发到它们的环境中，就像一个人在拥挤的城市公交车上流汗一样。
“我放弃了一切，花了接下来的四年时间搞清楚到底发生了什么。”卡梅隆说。
卡梅隆和同事们发现，问题的关键在于，一个群体中的细胞并不都是同样的发光。例如，一个菌落内部的蓝藻比边缘的蓝藻发出更多的荧光。它们的生长速度也慢得多，分裂成两半的速度大约是它们的表兄妹的一半。
换句话说，当细胞被挤压时，它们会发光。
“当细胞受到限制，无法扩展时，它们就会发出很强的荧光。”卡梅隆说。
小天线
那么为什么这些内部细胞会大量“出汗”呢？
要回答这个问题，你必须先了解植物体。这种微小的、以蛋白质为基础的结构是细胞的天线。许多这样的植酸酶体位于蓝藻菌体内，它们在那里收集阳光，然后将其输送到反应场所，在那里能量可以转化为葡萄糖或糖。
或者这就是通常发生的情况。卡梅隆和同事们发现，当他们的蓝藻细菌变得太拥挤时，它们开始脱落藻脂质体。
“如果蓝藻细菌得到的光比它们进行光合作用所需的更多，这些触须就会脱落。”卡梅隆说。
微生物不能利用所有的能量，所以为了避免被吞噬，它们关闭了光合作用。
他说，该小组的研究结果表明，单细胞生物是多么具有活力:它们拥有许多工具，可以在一个充满活力的社会环境中保持健康。
了解到社会环境也有一天可以帮助科学家将光合作用应用到工作中——利用阳光来设计更可持续的建筑或制造其他基于生物的工具。
卡梅隆说：“我们或许能够开发出利用光进行计算或工作的小型机器。”
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