科技日报记者 刘霞
人类为了对付细菌，想出了抗生素、消毒剂、疫苗等各种办法。可对细菌来说，噬菌体才是它们身边最凶险的“天敌”。噬菌体是专门捕食细菌的病毒，在人体、土壤、水体等细菌密集的环境中，它们常常比细菌还多，有时甚至能多出百倍。
强敌环伺之下，细菌为何仍能繁衍生息？美国加州理工学院科学家最新研究给出了一个出人意料的答案：细菌并非只靠“硬扛”，而是靠“人多力量大”。更准确地说，是靠群体趋化运动挣脱噬菌体。
趋化性，就是细菌的“嗅觉导航”。当环境中出现营养物质时，散发出的气味气味会形成浓度梯度，细菌便会朝着食物更丰富的方向定向移动。为研究这一特性，科学家们设计了一个实验，让大肠杆菌在试管中朝着糖和L-丝氨酸等“美食”前进。此前研究显示，细菌很快会形成一道整齐的迁移锋面带，像环法自行车赛中并肩前进的车阵。
真实环境中，细菌生活在土壤颗粒、生物组织、黏液等复杂多孔空间里，很难直接观察。于是，在最新研究中，科学家设计了一种“细菌版蚂蚁农场”：用透明玻璃管装入微小水凝胶珠，珠子之间形成迷宫般的通道。大肠杆菌必须在这些曲折孔隙中穿行，就像在自然栖息地里游泳一样。
科学家们把大肠杆菌改造成能在荧光下发出绿光，再加入噬菌体，相当于在迷宫里布下“雷区”。起初，细菌似乎按兵不动，科学家们甚至以为噬菌体已经占了上风。但几小时后，细菌开始集体向前推进。噬菌体越多，它们“等待”的时间越长，有时可达15小时；可一旦达到临界密度，细菌群便会迅速形成趋化锋面，朝着食物方向加速前进。
科学家们强调，细菌并不是因为“害怕”噬菌体而拖延。它们其实无法直接感知捕食者，无论有没有噬菌体，启动觅食的条件都一样。真正需要时间的是种群恢复：早期细菌一边进食生长，一边被噬菌体感染裂解，新增个体与死亡个体相互抵消。只有当群体成员足够多，密度足够高，才能形成稳定推进的趋化带。
一旦这支“细菌车队”开动，噬菌体就很难追上。噬菌体不会主动游泳，只能像墨水滴入静水那样缓慢扩散。当然，“细菌车队”后方难免有掉队的细菌被感染、裂解，每个破裂细胞甚至能释放约90个新噬菌体。但随机漂移的“散兵游勇”，终究追不上定向迁移的细菌群落。更令人意外的是，这种逃脱并不依赖基因层面的抗性突变——细菌靠的是集体行动，而非个体“升级装备”。
过去，人们普遍认为趋化性主要帮助细菌寻找营养、探索环境。这项研究则表明，它还能成为逃避捕食的关键策略。科学家们还据此建立了一套数学框架，用以预测在不同噬菌体浓度和环境条件下，细菌群体需要多久才能成功逃脱。
面对噬菌体的重重围捕，细菌没有单打独斗，而是以群体之势，在迷宫般的微环境中杀出一条生路。微观世界里的生存智慧，与古人所言“积力之所举，则无不胜也；众智之所为，则无不成也”不谋而合。
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