科学家们首次捕捉到被认为是最小的细胞形式的超小细菌的详细显微镜图像。这一研究由来自美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室和加利福尼亚大学的科学家们主持。超小细菌是否存在的问题已经争议了二十多年，但是在此之前一直没有全面的电子显微镜和DNA为基础的描述来证明这些微生物的存在。

这些细胞的平均体积为0.009立方微米（一微米等于百万分之一米）。大约150个这样的细菌可以塞满一个大肠杆菌细胞，而超过15万个细胞才相当于一根头发丝的尖端。

科学家们将他们的发现于2月27日，星期五，发表于自然通讯杂志上。

这些不同的细菌被发现于地下水中，而且被认为普遍存在。他们很少见，但这并不奇怪，因为这些细胞接近甚至比预计的生命粒度的下限还小。这可能是能够容纳足够多的物质来维持生命的最小的细胞。这些细菌细胞具有紧密包裹的螺旋体，这可能是DNA，很少量的核糖体和毛状附属物。它们有一套精简的代谢体系，这可能使它们需要依靠其它细菌来获得生命必需的物质。

细菌是微生物三门中的一种，目前我们仍然知之甚少。了解更多来自这些门的生物体，可以揭示微生物在地球气候，食物和水供应以及其他关键流程中的作用。

“这些最新描述的超小细菌代表了地球上微生物的一个子集”，美国加利福尼亚大学伯克利分校地球科学和环境科学部教授，伯克利地球科学实验室的高级科学家 Jill Banfield说。

“它们是神秘的，在许多环境中都检测到这些细菌。它们可能在微生物群落和生态系统中发挥重要作用，但是我们还不完全了解这些超小细菌”，Banfield说。

Banfield与Birgit Luef是发表于Nature Communications上的这篇文章的共同通讯作者。Birgit Luef曾经是Banfielf团队的一名博士后，目前工作于Trondheim的挪威科技大学。

“目前还没有达成非寄生生物最小可以是多小的共识，而空间优化策略可能决定了生命细胞的体积下限。我们的研究是鉴定这些超小细胞的大小、性状和内部结构的很重要的一步”，Luef说。

科学家们从无法培养的细菌门类群中着手研究这些细菌。这些细菌具有非常小的基因组，所以科学家们推测细菌本身也可能非常小。

为了将这些细菌浓缩进一个样品，他们用依次变小，最小为0.2微米（用于水消毒的孔径）的滤膜，过滤了收集自Rifle， Colorado的地下水，所得到的样品是无菌的，其中富集了极其微小的微生物。他们用一种称为低温柱塞的便携式设备速冻样品至零下272度，以保证微生物从现场到实验室的旅程中不被破坏。

冷冻样品被送到伯克利实验室，在那里，Luef在伯克利实验室生命科学部Luis Comolli的帮助下，用二维和三维低温透射电子显微镜，鉴定了细胞的大小和内部结构。图像中还发现了正在分裂的细胞，表明这些细菌是健康的，没有因为异常小的体积而饿死。

在位于加利福尼亚Wlanut Greek的美国能源部的Susannah Tringe的指导下，这些细菌的基因组在联合基因组研究所被测序。这些基因组大约有一百万对碱基。此外，在加利福尼亚大学伯克利分校进行的宏基因组分析和其它DNA分析发现，这些不同的细菌来自WWE3，OP11和OD1三个门。

这些创新性领域的工作结合起来加上美国最先进的显微镜以及基因组分析得到了迄今为止对超小细菌最完整的描述。

他们的发现包括，部分细菌具有被称为纤毛的线状表面结构，可能用于和其它微生物接触。基因组数据表明，这些细菌缺乏许多基本功能，所以它们可能依靠其它微生物获得关键资源。

科学家们还发现关于这些超小生命，他们还有很多需要了解。

“我们还不了解来自这三个门的微生物的一半的基因功能”，Banfield说。

在美国能源部伯克利实验室，科学家们还使用了先进光源设备，在Hoi-Ying Holman的帮助下，证明了样品中绝大多数细胞是细菌而不是古菌。

这一研究对超小生物体的研究做出了重大贡献。最近，科学家们估计出海洋细菌的细胞体积为0.013立方微米，但是他们使用的技术没有直接测量到细胞的直径。之前的电子显微镜图像也揭示了一个古菌群的最小细胞体积为0.009立方微米，与这些细菌类似。所有这些结果都强调了来自生命进化树两个大分枝的，具有不同寻常且相当有限的代谢能力的超小细胞的存在。