休眠的孢子如何知道何时醒来?

我们中的许多人在压力大的时候都想打个盹，细菌也不例外。在长时间没有食物和水的情况下，一些细菌会进入休眠状态，并将自己缩小为孢子，甚至可以保持数千年的不活跃状态。但是这些细胞是如何知道什么时候醒来的呢?答案是它们可以“计数”并记录营养物质再次充足的次数。如果达到一个阈值，表明条件持续良好，细胞就会重新唤醒。加州大学圣地亚哥分校的Gurol Suel向Will Tingle解释了他正在研究的细胞是如何计算他给它们“脉冲”营养物质的次数的……

古罗尔:我们非常惊讶地发现，当我们给它们这些非常微小的脉冲时，即使孢子不会醒来，也不会恢复生命，它会计算它们在环境中观察到的脉冲的数量。它们不仅可以计数，还可以把它们加起来，加起来，如果这些信号达到一个阈值，那么孢子就会启动程序，恢复生命。这就意味着，即使它们完全处于休眠状态，并且一直处于休眠状态，它们也能够从环境中整合信息，并以一种实际执行计算的方式处理这些信息。它们对间隔时间的信号求和。这是非常非常令人着迷的，因为它们在没有任何能量的情况下这样做，而我们通常会把这种能量与活细胞联系起来。这个概念通常与使用大量能源的复杂系统联系在一起。我们看到这个休眠细胞可以在没有任何能量过程的情况下进行同样的计算。

威尔-那么你认为这种计算已经发生了多少次脉冲的能力背后是什么?

古罗尔:是的，我们受到几年前发表的研究成果的启发，我们发现细菌可以产生动作电位。电信号，就像大脑中的神经元一样。这对我们来说是一个大开眼界的发现。这让我们想到，也许因为孢子，在休眠状态下，没有能量产生或者蛋白质合成或者基因表达的途径，也许它们利用了某种储存在孢子中的电化学电位在休眠状态下做功而不需要新的能量合成。所以当孢子形成的时候，孢子储存了电化学电位，这意味着它们通过电容器分离电荷，在这种情况下，电容器就是膜。然后你就可以利用势能来做一些功。但你要做的就是释放它。你不需要做任何活动，可以这么说。

威尔:所以你是说这些微小的细菌进化出了一种生物电容器，就像你车里的那种，作为一种储存脉冲的方式，然后计算它们，然后决定什么时候条件足够好来唤醒它们。让这些细菌复活的脉冲次数是否相同?

古罗尔-是的，这是个好问题。所以简短的答案是否定的，没有两个细胞在你能测量的每一个方面都是完全相同的，所以不可能完全相同。因为我们看的是电容电化学电位，就像你说的，因为这个电容决定了孢子计数的能力以及在达到阈值之前需要计数多少次。如果有任何两个孢子，开始时的电化学电位水平略有不同，那么它们在恢复生命之前所做的计数就会有所不同。

威尔:拓宽一下视野，当我们寻找外星生命的时候，如果有比光速更快的宇宙飞船或先进文明之类的东西，那就太好了。但实际上，更有可能的是，如果我们真的找到了什么，它很可能类似于休眠孢子。那么，如果我们发现它处于休眠状态，这项研究将如何改变我们处理其他世界事物的潜在计划呢?

如果我们在另一颗行星或木星的卫星上发现任何形式的生命，我认为它很可能是非常原始的东西。如果你想想火星，火星在数百万年前是适宜居住的，但现在不是了。所以任何能够存活下来的生物都必须处于某种极度休眠的状态。细菌孢子可能代表了我们在另一个星球上发现的最接近的东西，我认为这是非常有趣的，即使我们找到了看起来像孢子的东西，如果你只是看一个孢子，它看起来像一个惰性物体。它看起来不像是活物，因为它没有表现出任何与生命形式相关的典型行为。如果我们观察孢子，我们会发现即使它们处于休眠状态，即使它们看起来很迟钝，它们仍然能够思考和计算是否要走出它们的庇护所或地堡状态。我认为这是非常有趣的，就我们如何接近和如何处理我们可能在其他星球上发现的任何潜在的物体以及这些任务中可能存在的某种生命形式而言。