地球上数量最多的生物之一，竟有致命缺陷

名为SAR11的细菌是全球表层海水中数量最多的生命形式。在部分区域，它们占海洋细菌细胞总数的比例高达40%。其主导地位源于基因组精简——这是一种生物为在营养匮乏环境中节省能量而丢弃基因的进化策略。
《自然-微生物学》杂志发表的一项新研究表明，这种极端高效性也可能带来严重局限。
南加州大学多恩西夫学院生物科学与地球科学教授、该研究的通讯作者卡梅伦·思拉什表示：“SAR11在适应并主导稳定低营养环境方面取得了非凡的进化成功，但这可能使其在经历更多变化的海洋中变得脆弱。它们可能将自己进化进了一个陷阱。”
为了解SAR11对环境压力的反应，研究人员分析了数百个SAR11基因组。他们发现，许多菌株缺乏通常负责调控细胞周期（控制DNA复制和细胞分裂的系统）的基因。在大多数细菌中，这些基因对正常生长和生存至关重要。
当环境条件发生变化时，这种调控机制的缺失似乎会引发重大问题。科学家们早已注意到SAR11种群对周围环境变化敏感。而本研究中突出的是细胞在压力下的异常反应方式。
许多SAR11细胞并未减缓生长，而是继续复制DNA却无法分裂。
该研究的第一作者、生物科学博士候选人程传凯（音译）说：“它们的DNA复制和细胞分裂变得解偶联。细胞不断复制DNA，但无法正常分裂，产生染色体数量异常的细胞。令人惊讶的是，出现了如此清晰且可重复的细胞特征。”
染色体数量异常的细胞往往比正常细胞更大，最终死亡。即使营养充足，这些功能异常也会降低整体种群增长。这一发现挑战了“微生物在食物充足时总能大量繁殖”的普遍看法。
研究结果还为海洋生态学中一个长期存在的谜题提供了线索。SAR11种群常在浮游植物水华后期数量下降，而这一时期的特征是水中有机物水平上升。
思拉什说：“长期以来，我们知道这些生物不太适应浮游植物水华后期。现在我们有了解释：水华后期与新的溶解有机物增加有关，这些有机物会干扰这些生物，使其竞争力下降。”
这项研究对理解海洋生态系统如何应对气候变化具有重要意义。SAR11细菌在海洋碳循环中扮演核心角色，有助于调节碳在海洋食物网中的流动。它们对变暖及突然的营养输入的敏感性，可能会在海洋环境变得不稳定时改变微生物群落的平衡。
程传凯表示：“这项研究揭示了环境变化影响海洋生态系统的一种新方式——不仅通过限制资源，还通过扰乱优势微生物的内部生理机制。”他补充道，随着环境稳定性下降，具有更大调控灵活性的生物可能会获得优势。
研究人员下一步计划重点识别这些扰乱背后的分子过程。鉴于SAR11在全球海洋中的广泛分布和影响力，更清晰地了解其功能至关重要。