Yrr 信息素
群Yrr信息素既是一种通信信号,也是一种生物筛选机制——它帮助游离的Yrr阿米巴找到并加入集体,同时也使集体能够排斥并杀死缺陷细胞。由于这种物质可以合成,人类研究人员最终利用它向Yrr发送了一条从未由人类传达过的信息。它的重要性在于造成了一种矛盾——这种化学物质告诉Yrr,要围绕一个被认为是同类的成员聚集,尽管这个看似发出信号的其实是一具人类尸体。
从化学信号到聚集机制
通过与生活在土壤中的细菌黄色黏球菌作比较,人们才开始能够设想,单细胞生物即使没有神经系统,也可能彼此协调。当一个细菌个体无法找到足够的营养时,它会释放一种化学饥饿信号。随着饥饿的细胞越来越多,信号也会增强;一旦信号超过某个阈值,细菌群就会聚拢,形成一种称为子实体的多细胞结构。这个例子为研究人员提供了一种生物学先例,说明集体行为可以由化学物质而非视觉、听觉或中央控制器来组织。
苏·奥利维拉确认,Yrr的聚集化学物质是一种信息素。她的团队从西古尔·约翰森与这种生物遭遇时采集的组织样本中分离出这种物质,对其进行分析,并在实验室中合成。所得溶液呈水状,奥利维拉形容其化学式简单得出奇。团队能够识别并复现这种信号,但其自然运用方式中的一些重要环节仍不清楚——他们不知道是什么启动了聚集,也不知道细胞聚集之后,Yrr如何维持彼此间的通信。
这种信号的词汇似乎很有限。奥利维拉目前的解释是,信息素以聚集这一基本指令召集阿米巴,而不是传递多样化的语言。化学通信适合在水下近距离使用,但分子扩散得太快,不适合用于较远距离。因此,信息素有助于解释分散的细胞如何聚集,却不能单独解释由此形成的集体内部所有的信息交流。
识别、传递与细胞健康
奥利维拉提出,通信会通过配体和受体继续进行。在她的模型中,配体在细胞之间传递信息;配体与受体结合时,一连串信号会将信息传向细胞的基因组。聚集过程以接力的方式推进——一个细胞感知到信息素,加入邻近细胞,并释放更多信息素,使仍在附近漂浮的阿米巴也能接收到信号。这个过程从中心向外扩展,将单个细胞连接成不断壮大的集体。
该系统的一个关键特征是,阿米巴似乎拥有成对的受体类型,而非只依赖单一的识别方式。通用受体能够识别一个细胞是否属于Yrr。另一种特殊受体则表明该细胞健康、脱氧核糖核酸完整,且有能力参与集体。奥利维拉将这种区别比作进入戒备森严的营地——通用标记就像制服,第二种识别信号则相当于口令,潜入者无法提供口令。这个比喻强调,仅仅看起来像是自己人,并不足以获得完全接纳。
因此,信息素还有第二种更致命的功能。缺陷细胞如果缺少特殊受体,就无法完成识别过程,因而会被排除在聚集之外。随后,同一种信息素会与它的通用受体结合,作为一种速效毒素,诱发程序性细胞死亡。研究人员的解释是,这会阻止缺陷阿米巴通过细胞分裂繁殖,避免它们在不断演化的集体旁边形成另一个不健康的种群。因此,这种信号既能招募细胞,也有助于筛查被招募细胞的质量。
奥利维耶拉将这种化学机制与Yrr显现出的发光现象联系起来。信息素释放伴随着生物发光,而闪光是聚集细胞中生化活动十分旺盛的迹象。Yrr进行通信和思考时会发光;细胞死亡时,其新陈代谢停止,光也会熄灭。因此,发光不只是集体的外在表现,也是维持集体的化学过程的一种可观察迹象。
从实验室研究到有意运用
一次深夜实验结束后,约翰森和奥利维耶拉准备在隔离水槽中测试合成的信息素。集体已经解聚——水中布满阿米巴,而胶状物质及其发出的光都已消失。研究人员希望利用这种化学物质再次诱导聚集,并进行更多测试。约翰森思索着,是否也能将这次实验与萨曼莎·克罗的一条信息结合起来,把化学信号与更广泛的、试图同Yrr沟通的行动联系起来。
后来,凯伦·韦弗带着一批新的信息素来找约翰森。她称其为苏·奥利维耶拉留下的遗产,使奥利维耶拉参与的实验室研究成果成为迫切需要的实用资源。眼下的问题是如何使用它。小组的答案是把这种物质涂在携带yrr信息素的米克·鲁宾身体的多个感知表面和末端,希望让他体内残存的Yrr将更强的外部信号理解为由他发出。他们用注射器给他注入近两升溶液;其中约有一半又流了出来。这个计划的关键不在于传递复杂信息,而在于用Yrr早已能够识别的化学信号压倒附近的Yrr。
作为欺骗与接触的信号
信息素从鲁宾的身体扩散开来时,Yrr作出了反应,并短暂聚集,随后又停止。韦弗的推断是,集体面对着彼此不相容的信号。鲁宾的身体表明他属于敌对物种,但化学信息却要求聚集,并将他指示为Yrr。因此,信息素被用作一种冒充手段——一个人类来源发出了Yrr自己的成员身份信号,使信号发送者的身份与化学物质传达的指令相互矛盾。
这种欺骗依赖于研究人员将Yrr理解为一个庞大的生命体,而不是一个成员彼此交战的社会。缺陷细胞可以被排斥并死亡,但集体将这一过程视为从单一生物体中清除病变细胞。从这个角度看,人类身体发出的、看似来自Yrr的信号造成的是识别难题,而非一般的敌方攻击。韦弗希望集体无法明确判定鲁宾的身份——死去的Yrr不可能发出信号,因此,从人类身体发出的信息素告诉Yrr,这具尸体是活的。这种化学物质并不能保证骗局奏效,也无法确定Yrr如何理解这次遭遇;它只是制造了一个短暂的空隙,让Yrr原有的分类方式不再彼此吻合。
在上述各种用途之中,信息素从科学分析的对象转变为接触的工具。它的简单既是优点,也是局限——研究人员知道如何合成并使用这种信号,却不知道Yrr会如何解读一种化学形式熟悉、表面来源却陌生的信息。正是这种既能聚集集体、筛查细胞,又能杀死被判定为缺陷者的物质,成为人类试图动摇Yrr对成员身份之确信的手段。