本报讯（记者刁雯蕙）中国科学院深圳先进技术研究院研究员黄术强及傅雄飞团队，通过定量合成生物学方法揭示了微生物如何在压力环境中通过“自我牺牲”行为实现群体生存的新机制。相关研究近日发表于《国际微生物生态学学会杂志》。
蜜蜂的“自杀式攻击”是自然界的生存智慧之一。虽然个体生命消逝，但个体行为有效保护了蜂巢安全。这种自我牺牲行为在生物界广泛存在。
研究团队基于合成生物学技术，在前人构建的具有自我牺牲行为的牺牲者菌株基础上，进一步构建了作弊者菌株。牺牲者菌株内置裂解蛋白，受外界刺激后破裂释放β-内酰胺酶，定向降解抗生素以降低环境压力。实验显示，该机制通过进化选择显著提升了菌群适应性——牺牲者虽死亡，但其酶解作用使群体存活率提高。这种可控的协同进化模型证实，微生物群落中通过环境压力调控的利他行为可以在种群内部获得显著进化优势。
那么，这种极端的演化模式在物种进化过程中为何一直存在呢？
理论研究显示，强分散环境可显著促进自我牺牲行为的进化：当微生物被分隔为1到2个个体的微单元时，由单独个体繁衍出的群体具有统一的基因型，“牺牲者”群体通过主动消亡释放降解抗生素的公共产物，使“牺牲者”群体存活率在压力刺激下得以提高；而“作弊者”群体中因没有个体贡献而整个群体逐渐被淘汰。
研究人员通过自动化实验平台证实，分散强度与选择压力都会影响自我牺牲行为的演化结果——弱分散操作有利于“作弊者”的演化，而强分散操作更有利于“牺牲者”的演化，该效应随抗生素浓度（环境压力）升高呈指数增强。
该研究拓展了演化生物学研究中经典的群体选择理论，揭示了强分散如何促进自我牺牲行为的演化，为理解利他行为的演化机制提供了新视角。
相关论文信息：10.1093/ismejo/wraf043
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