“自殺式攻擊”是蜜蜂的生存智慧之一,。當(dāng)工蜂將尾針刺入人體并強(qiáng)行掙脫時,，會因內(nèi)臟撕裂而死亡，但這一過程中釋放的報警信息素能迅速召集同伴,。同時,，留在被蜇者皮膚上的毒液會加劇其它蜜蜂的攻擊性。

　　雖然個體生命消逝,，但個體行為有效保護(hù)了蜂巢安全,。這種“自我犧牲”行為在生物界廣泛存在。然而,，在生物演化過程中始終存在著一個謎題：既然這些個體無法存活下來繁殖后代,，相關(guān)的基因似乎也會逐漸消失。那么,，這種行為是如何在自然選擇過程中得以延續(xù)的呢？

　　日前,，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院定量合成生物學(xué)全國重點(diǎn)實驗室研究員黃術(shù)強(qiáng)及傅雄飛團(tuán)隊,，通過定量合成生物學(xué)方法揭示了微生物如何在壓力環(huán)境中通過“自我犧牲”行為實現(xiàn)群體生存的機(jī)制。相關(guān)成果發(fā)表在《國際微生物生態(tài)學(xué)會》期刊上,。

　　基于合成生物學(xué)技術(shù),，研究團(tuán)隊在前人構(gòu)建的具有“自我犧牲”特性的犧牲者菌株的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步構(gòu)建了不具有“自我犧牲”特性且無法生產(chǎn)抗生素降解蛋白的作弊者菌株,。

　　犧牲者菌株內(nèi)置裂解蛋白,，受外界刺激后會破裂釋放β-內(nèi)酰胺酶，定向降解抗生素以減輕環(huán)境壓力,。犧牲者菌株雖死亡,，但其酶解作用使群體存活率提高。這證實,，在微生物群落中,，通過環(huán)境壓力調(diào)控的利他行為可以使種群獲得顯著進(jìn)化優(yōu)勢。

　　那么,，這種極端模式在物種進(jìn)化的過程中為何能一直存在呢,？

　　理論研究揭示，在強(qiáng)分散環(huán)境,，即微生物被分隔成僅含1到2個個體的微小單元后,，環(huán)境壓力增加或遇到外敵入侵時,，犧牲者群體通過主動消亡釋放降解抗生素的公共產(chǎn)物，提高群體整體存活率,；而作弊者群體因缺乏個體的貢獻(xiàn),，整個群體逐漸被淘汰。最終,，大量具備“自我犧牲”行為的個體得以保留,，從而使得犧牲基因能夠穩(wěn)定流傳。研究還發(fā)現(xiàn),，環(huán)境壓力越大,，這種“自我犧牲”行為的保留效果越顯著。

　　盡管理論分析表明,，在強(qiáng)分散環(huán)境中,，自我犧牲行為可以維持并演化，但實驗驗證仍面臨諸多挑戰(zhàn),。主要難點(diǎn)在于構(gòu)建一個可重復(fù)的實驗方案來模擬演化過程,。

　　研究團(tuán)隊利用構(gòu)建的合成生物學(xué)系統(tǒng)來分別模擬犧牲者菌株和作弊者菌株，并用機(jī)器替代了人工操作,。團(tuán)隊將不同體積的菌液精準(zhǔn)加入每塊384孔板中,，利用高通量、標(biāo)準(zhǔn)化,、自動化的機(jī)器完成了繁瑣的手工實驗,，解決了難題，提高了實驗效率,。

　　實驗結(jié)果證明,，分散強(qiáng)度與選擇壓力都會影響“自我犧牲”行為。弱分散環(huán)境有利于作弊者菌株的演化,，而強(qiáng)分散環(huán)境更有利于犧牲者菌株的演化,。這種效應(yīng)隨著環(huán)境壓力的升高而呈指數(shù)級增強(qiáng)。

　　該研究展示了定量合成生物學(xué)在探索復(fù)雜演化現(xiàn)象中的巨大潛力,。研究成果不僅有助于解析自然界中極端利他行為的演化邏輯,，還可能為生物膜控制、抗生素耐藥性治理等實際應(yīng)用提供新的理論指導(dǎo),。（記者 羅云鵬  通訊員 趙梓杉）

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