内共生是指一个显著的生物过程一个有机体居住在另一个有机体中。这种独特的排列通常对涉及的两种生物都有利。这种关系的证据Nship甚至存在于人体内:线粒体，被称为细胞的能量生产者，是一个古老的内共生事件的结果。
细菌进入宿主细胞并留在那里。这种相互关联最终导致了线粒体的发展，线粒体现在是植物、动物和真菌细胞的基本组成部分。
目前尚不清楚的是，内共生作为一种生活方式最初是如何发展的。当细菌无意中发现自己进入了外来宿主细胞时，它通常会面临重大挑战。它必须生存、繁殖并传给后代。如果做不到这一点，它就会死亡。
此外，为了避免伤害宿主，细菌必须避免消耗过多的资源或生长过快。从本质上讲，如果宿主和它的内部伙伴不能和谐共存，这种关系就不会持久。
为了研究两种生物之间这种独特关系的早期阶段，苏黎世联邦理工学院微生物学教授朱莉娅·沃霍尔特(Julia Vorholt)领导的一个研究小组在受控的实验室环境中发起了类似的合作关系。研究人员密切观察了潜在的内共生发展的初始过程。他们的研究结果最近发表在科学杂志《自然》上。
在这项研究中，Vorholt实验室的博士生Gabriel Giger设计了一种技术，将细菌引入真菌小孢子根霉的细胞而不破坏它们。他的研究对象是大肠杆菌和来自菌居菌属的细菌，这是一种不同根霉物种的天然内共生体。然而，在实验中，研究人员选择了一种不会自然形成内共生的菌株。然后吉格尔用显微镜观察这种人工诱导的同居的结果。
注射大肠杆菌后，真菌和细菌都继续生长。然而，细菌最终生长得如此之快，以至于真菌启动了一种免疫反应来保护自己。真菌将细菌包裹起来，有效地防止了它们传给后代。
这一结果与注射的菌惯菌不同。当真菌形成孢子时，这些细菌中的一些能够进入孢子，使它们能够传播给下一代真菌。
当博士生让含有常驻细菌的孢子发芽时，他观察到它们发芽的频率更低，与没有细菌的孢子相比，年轻的真菌生长得更慢。
吉格尔将实验扩展到几代真菌上，有意选择那些孢子含有细菌的真菌。随着时间的推移，这使得真菌能够恢复并产生更多的孢子，这些孢子可以在保持活力的同时容纳细菌。遗传分析显示，在整个实验过程中，真菌经历了变化，并适应了与细菌共存。
研究人员还发现，常驻细菌与宿主一起产生生物活性分子，可以帮助宿主获取营养，保护自己免受线虫或变形虫等捕食者的侵害。“因此，最初的劣势可以变成优势，”沃霍尔特指出。
在他们的研究中，研究人员展示了早期内共生系统的脆弱性。吉格尔补充说:“事实上，宿主的适应性最初下降可能意味着这样一个系统在自然条件下的早期消亡。”
这个过程的一个关键要求是潜在的居民具有促进内共生的特性。对于寄主来说，这提供了一个机会，通过整合另一个生物体来快速获得新的特征，即使这需要一些适应。ETH教授补充说:“在进化过程中，内共生已经证明了它们最终会变得多么成功。”
细菌是如何成为真菌的永久居民的
视频来源:苏黎世联邦理工学院/来自Giger g.h.等人，Nature 2024。
