当法国安的列斯大学（位于瓜德罗普）的海洋生物学家兼教授 Olivier Gros 在南加勒比温暖的海水中寻找微生物时，他并没有试图寻找一种新的细菌物种来挑战关于微观细胞如何运作的传统理解。但在海边红树林系统丰富的沉积物中，他确实找到了。
这个新物种，现命名为Ca. Thiomargarita magnifica，是迄今为止发现的最大细菌。它生长长度可达 2 厘米——肉眼可见——并且比一些其他细菌大 5,000 倍。虽然这一点本身就很引人注目，但其令人惊讶的复杂细胞结构使其与其他同类相比更加与众不同。今天发表在《科学》杂志上的一项研究解释了 Gros 和来自美国能源部项目联合基因组研究所 (JGI) 以及法国安的列斯大学的研究人员如何发现并鉴定出这种打破常规的细菌。
T. magnifica 是一种单细胞生物，看起来像一根细长的白色方便面。它属于Thiomargarita 属，也称为巨型细菌——尽管该物种比其所属群组的任何成员都要大 50 倍。Gros 在瓜德罗普岛水淹的红树林树下发现了附着在沉积物上的这种硫氧化细菌。到目前为止，研究人员表示他们尚未在其他地方发现该物种。初步发现是在 2009 年进行的，但由于标本仅在季节性地可用，因此分析和发表被推迟。（微生物学家尚未确定其时间模式。）
Gros 的团队花了很长时间才认识到该标本甚至可能是一种细菌，因为他们可以在没有显微镜的情况下看到它，而显微镜通常是观察大多数细菌所必需的。但经过进一步研究，法国安的列斯大学分子生物学副教授、该论文的作者之一 Silvina Gonzalez-Rizzo 使用基因测序将其鉴定为原核生物——更具体地说，是一种细菌。
“我认为它们是真核生物……因为它们如此之大，并且似乎有很多细丝，”Gonzalez-Rizzo 在新闻稿中说。“‘巨型’微生物的事实令人着迷！”
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一般来说，按细胞分类的生命分为两类：原核生物，包括细菌和其他称为古菌的单细胞微生物；以及真核生物，包括从藻类到人类的所有生物。科学家认为，真核生物大约在 27 亿年前从原核生物进化而来，这造成了两者之间几个关键差异。最大的区别在于，真核细胞有一个明确的细胞核，其中包含细胞的 DNA，而原核细胞则没有；它们的 DNA 在细胞内自由漂浮。
然而，T. magnifica 并不遵守这些规则。它不仅比大多数细菌大得多，而且其 DNA 也存储在一个膜中——就像更复杂的真核细胞一样。Jean-Marie Volland，一名在 JGI 和复杂系统研究实验室拥有联合任命的科学家，使用各种显微镜技术识别出这些含有 DNA 的新颖的、膜结合的区室。
该物种的不合规性令人费解，即使是对见过各种形态和功能的细菌的研究人员来说也是如此。一种表现出真核生物特征的原核细胞，挑战了长期存在的分类规则。
“我对任何不寻常的事物都非常挑剔，”JGI 微生物基因组项目负责人 Tanja Woyke 说，她帮助设计了T. magnifica 的研究以确保结果的一致性。“所以我们对适当的对照进行了很多讨论，并且过于谨慎。重大主张需要重大证据。”
除了其惊人的大小和 DNA 组织外，T. magnifica 的基因数量也是大多数细菌的三倍。Woyke 说，这种丰富性可以使该生物体对局部刺激做出反应，并在其细胞的不同部分激活孤立的基因。例如，如果一个区域需要产生更多氧气，它可以在局部增加产量。
T. magnifica 与其他细菌不同之处还在于它具有二态性生命周期并通过出芽繁殖。通过这个过程，长菌丝细胞会在一点收缩，长出一个产生种子状芽，然后释放、沉降到环境中、附着在新基质上，并长成一个新个体，外观完全相同。Volland 说，这种生命周期以前从未以如此大的规模被观察到。
通过这种出芽过程，只有 1% 的基因会传递给子细胞，但这并不意味着其余的是随机的。虽然在细菌细胞之间看到遗传变异很常见，但由于T. magnifica 将如此低比例的遗传物质传递给后代，人们可能会认为其情况下的多样性也会很大。然而，在团队测序的数千个基因组副本中，Volland 的团队注意到变异非常少——这意味着尽管遗传物质传递很少，但基因组副本几乎相同。
“这方面的一个大问题是弄清楚这种细菌如何保持同质性，”Volland 说。这是他希望未来能够探讨的问题。
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对于 Woyke 和 Volland 来说，这项发现不仅仅是向科学界介绍一种新细菌——它还表明存在新的方法来识别可能以前未曾考虑过的生物。Volland 说，微生物学家研究的是微观生物，所以在研究中存在一种偏见，倾向于可以看到显微镜下的细菌。他的团队的发现表明，专家可以跳出思维定势，寻找可能不是他们研究对象典型特征。Volland 说，这是关于挑战确认偏差。
“我们现在有机会研究一种目前仍然存在的微生物，它正朝着更大的尺寸、DNA 隔室化以及所有这些生物复杂性问题进化，”Volland 说。“有时这项研究很困难，因为你必须回顾过去，在数据中寻找隐藏的序列。但有了这个物种，我们可以用它作为一个现代系统来询问细菌进化生长所需的关键因素。”
