细菌，比你想象得更聪明

文/成言

　　提到细菌，您肯定不陌生。它们是非常原始和基础的生命形态，但细菌并不低贱卑微，除了在生物圈中发挥不可或缺的重要功能之外，它们还具有令人咋舌的智慧。

　　关于这一点，格雷戈·贝尔在1984年发表的科幻名篇《血里的音乐》里有过精彩的描述：

　　为了简化过程，我把最为成功的这种核蛋白送进细菌内，使复制和结合更加容易，然后我使它们长期留在细菌内，使它们和细胞相互作用。它们被编制了启发式程序，能教育自己，比我原来给它们编制的更好。细胞供给电脑以化学密码信息，电脑则处理信息得出结果，于是这些细菌变得聪明起来。我的意思是：它们的智商足以抵得上涡虫。想想看，和涡虫同样聪明的大肠杆菌！

　　电子显微镜下的大肠杆菌

　　如今，贝尔的想象得到了科学实验的证明。2009年7月的《生物工程》杂志上发表的一篇研究报告指出，大肠杆菌居然能解决复杂的数学难题。

　　这些小东西是怎么做到的呢？

　　原来，它们都经过了基因改造，从而具备了一定的计算能力，从整体上看就相当于一台计算机。这种细菌计算器可以轻松地解决著名的数学难题：汉密尔顿路径问题。比方说，找出从美国东海岸的纽约到西海岸的圣何塞的最短路径，前提是必须经过美国的十大城市，而且只能经过一次。

　　这个问题看似简单，实际上却十分棘手，因为可供选择的路径多达三百五十万条。普通计算机必须逐一尝试这些路径，最后找出最小值。但数以百万的细菌构成的计算机却能同时尝试所有路径。可以想见，如果这种计算机的功能大大提升的话，它将会轻松打败任何现有的硅计算机。

　　细菌不仅是数学家，还是艺术家。请看下面两幅图，它们并非出自人类之手，而是细菌的杰作：

　　科学家在实验室中模拟严酷的自然环境，菌落在受到刺激后就变成了这样的形态。实际上，这些所谓的艺术，是细菌生存策略的展示。数以亿计的细菌之所以能够做出协调一致的反应，是与它们之间的通信分不开的。换言之，细菌之间存在着独特的“语言”。

　　这种“语言”其实是一种被称为自诱导物质的信号分子。胞外的自诱导物质的浓度能随细菌密度的增加而增加，达到一个临界浓度时，自诱导物质就会启动菌体中相关基因的表达，调控细菌的生物行为，如产生毒素、形成生物膜、产生抗生素、生成孢子等，以适应环境的变化。

　　更加神奇的是，普林斯顿大学的分子生物学家波妮·巴斯勒发现，所有细菌的“语言”具有相同的“词根”，即相同的分子结构：

　　仔细想想，细菌的这些本领并非那么匪夷所思，因为细菌是整座生命大厦的基石，生命的许多基本特征都是在细菌阶段形成的，比如优胜劣汰、适者生存的进化法则。

　　美国德州大学奥斯丁分校的乔治·乔吉欧教授曾做过这样一个实验，通过基因改造，让一组细菌丧失制造二硫键的能力，由于二硫键对鞭毛的形成至关重要，而鞭毛就像船桨一样，可以帮助细菌游动，所以这组细菌全是“残废”。培养基中的菌群在消耗完身边的食物后，便面临着生死抉择：要么游开寻找新的食物，要么待在原地等死。结果，大多数细菌都没能逃过严酷的自然淘汰，但不论进行多少次实验，都至少有一只细菌能在分裂中变异，生成一种新的二硫键，从而存活下来。

　　这就是进化的力量，正是因为细菌有这样的力量，屡经劫难的地球生命才能繁衍至今，形成庞大而精妙的生物圈。

　　从这种角度说，细菌不止是聪明，而且还值得敬佩呢。