蓝细菌又称蓝藻,是一类单细胞原核生物,能通过光合作用产生氧气。它们最早可能诞生于30多亿年前,逐渐将地球大气层从无氧状态改造成有氧状态,使需氧生物得以出现和发展,是地球生物圈的基石。
美国范德比尔特大学的研究小组近日在美国《科学》杂志上发表论文说,他们用海洋蓝细菌的代表物种细长聚球蓝细菌进行实验,控制光照时间以模拟不同的白昼-黑夜周期。
据介绍,在30摄氏度环境中,三种蓝细菌群落分别每天接受6小时、12小时或16小时光照,持续8天。结果显示,接受6小时光照的群落,转移到冰水中后生存率比另外两组高出2到3倍。这是首次发现细菌也能对昼夜长度变化作出生理反应,也就是应对季节变化的“光周期现象”。
分析显示,即使当前环境温度高,持续经历较短的白昼也会改变蓝细菌一些基因的表达,使其抗寒能力增强并遗传给后代。让耐寒的蓝细菌每天接受较长时间的光照,其抗寒能力会逐渐回落。
研究人员认为,蓝细菌的光周期现象可能来自其压力应对机制。在自然界中,光照代表高温、紫外线等威胁,黑暗则意味着温度降低影响代谢,针对这两类不同的压力,蓝细菌各有一套应对的基因,光照时间长短会影响这些基因的表达水平。
生物普遍拥有以24小时为周期的内在节律,蓝细菌也不例外。研究小组还发现,对蓝细菌进行基因改造,使几个与24小时节律有关的基因失效,光照时间对抗寒能力的影响就消失了。