内共生是一种神奇的生物现象，它指的一种生物能和谐地生活在另一种生物体内。这种不同寻常的共生关系存在于许多生命形式中，比如昆虫和真菌。
事实上，在我们的身体中也能找到这种共生关系的遗迹。科学家认为，负责细胞能量产生的细胞器——线粒体，就是当细菌在真核细胞祖先的体内定居时进化而来的。类似地，科学家认为光合微生物寄居在植物中时，叶绿体就出现了。
通常来说，内共生是一种对双方都有利的关系。然而，对于内共生作为一种生存方式是如何产生的，科学家知之甚少。
为了研究两种生物之间的这种特殊关系的起源，一组研究人员在实验室中探究了内共生现象，他们使用一根微小的针头，成功地将细菌递送到丝状真菌——小孢根霉（Rhizopus microsporus）中，让它们发展出了一段由人工诱导的内共生命运。
研究人员观察了这种内共生关系的早期情况，并将研究结果发表在了近期的《自然》杂志上。
强迫共栖
当一个细菌进入一个完全不同的宿主细胞时，通常情况下，它的日子应该是不好过的。它需要生存、繁殖，并代代相传下去，否则它就会消亡。而且为了不对宿主造成伤害，它不能索取太多的营养，生长得太快。如果宿主和寄居者“相处不洽”，那么这种共生关系就结束了。
要将细菌细胞输送到真菌中是一个不小的挑战，因为真菌的细胞壁通常很厚，可以保持较高的内部压力。因此，在新的研究中，研究人员发展出了一种方法，可以在不破坏小孢根霉细胞的情况下将细菌注入。
他们使用了两种细菌，一种是大肠杆菌（Escherichia coli），另一种是Mycetohabitans rhizoxinica，这种细菌是一种根霉真菌的天然内共生体，但它在自然界中不会与小孢根霉形成内共生。在实验中，研究人员在显微镜下观察了当这些微生物被“强迫共栖”时的情景。
细菌进入孢子
在将大肠杆菌注入小孢根霉后，大肠杆菌和小孢根霉都在继续生长。由于大肠杆菌的生长速度非常快，导致小孢根霉对其产生了免疫应答。小孢根霉通过包裹大肠杆菌来保护自己，防止了将大肠杆菌遗传给下一代小孢根霉，有效地阻止了内共生。
但是，当他们将Mycetohabitans rhizoxinica细菌注入小孢根霉时，情况却并不相同：当小孢根霉继续它们的生命周期并产生孢子时，一些Mycetohabitans rhizoxinica细菌能设法进入孢子。
当将细菌注射到一种有着非常细的尖端的真菌中时，细菌能够进入到孢子（黄色）中，并传递到下一代。（图/Sean Kilian）
当这些包含Mycetohabitans rhizoxinica的孢子萌发时，Mycetohabitans rhizoxinica细菌也出现在下一代小孢根霉的细胞中。这表明，Mycetohabitans rhizoxinica细菌能通过孢子传递到下一代小孢根霉中——这是这项研究的一个突破性发现。
研究人员观察到，含有Mycetohabitans rhizoxinica细菌的孢子的萌发成功率较低，而且那些带有细菌的年轻小孢根霉的生长速度，也比不含细菌的小孢根霉的生长速度慢。这表明，这种内共生降低了受影响的小孢根霉最初的总体适应性。
为了观察这种情况是否可以改善，研究人员继续对接下来的几代小孢根霉真菌进行了实验。他们使用荧光细胞分选仪来筛选那些孢子中含有Mycetohabitans rhizoxinica细菌的小孢根霉真菌，并在接下来只繁殖这些孢子。
他们观察到，经过十代后，含有Mycetohabitans rhizoxinica细菌的孢子的萌发效率，几乎和不含Mycetohabitans rhizoxinica细菌的孢子一样高。正如研究人员通过基因分析所显示的那样，这些小孢根霉真菌在实验过程中发生了变化，并适应了它的寄居者。
此外，研究人员还发现，寄居者和宿主可以一起产生生物活性分子，从而帮助宿主获得营养，保护自己免受线虫或变形虫等捕食者的侵害。因此，最初的劣势扭转为了优势。
脆弱的系统
研究结果展示了内共生系统在早期有多么脆弱。研究人员表示，宿主的适应性在最初表现出下降，可能意味着这样一个系统在自然条件下的早期消亡。新的内共生的出现和稳定，需要有一个共同生活的优势，这意味着寄居者需要能带来有利于内共生的特性。
对于宿主来说，这是一个通过与另一个生物体结合而一举获得新特征的机会，即使这个过程需要适应。在进化过程中，内共生最终可以变得非常成功。
#创作团队：
编译：糖兽
排版：雯雯
#参考来源：
https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2024/10/how-a-bacterium-becomes-a-permanent-resident-in-a-fungus.html
https://www.nature.com/articles/d41586-024-03224-5#ref-CR1
https://www.nature.com/articles/s41586-024-08010-x
#图片来源：
封面图&首图：Sean Kilian via ethz.ch
