浩瀚的海洋是无数细菌的家园，它们都面临着同样的问题：它们生长繁殖所需的营养物质稀缺，而且在它们周围的水域分布不均。在一些地方，它们数量充足，但在很多地方，它们却严重缺乏。这导致一些细菌发展成为高效的猎手，以其他微生物的形式寻找新的食物来源。

虽然这种策略非常成功，但研究人员迄今为止只发现了几种捕食性细菌。一种是土壤细菌粘球菌;另一种是吸血球菌，它像吸血一样吸干猎物。

在一项新研究中，苏黎世联邦理工学院生物系教授 Martin Pilhofer 及其同事 Yun-Wei Lien 和 Gregor Weiss 领导的研究人员展示了另一种罕见的细菌捕食者：丝状海洋细菌 Aureispira。该论文发表在《科学》杂志上。

研究人员在 Aureispira 中发现的分子结构中，有些类似于抓钩，具有类似的功能。这种细菌还拥有一种用于杀猎物的螺栓。

就像一艘寻找潜在受害者的海盗船一样，金螺藻会迅速滑过固体表面，朝猎物(如弧菌)游去。如果攻击者本身漂浮在水中，它就会等待猎物靠近。一旦近距离接触，抓钩就会缠住受害者的鞭毛，受害者将无法逃脱。

几秒钟内，Aureispira 便会发射机载大炮，在弧菌的膜上打出洞。研究人员与 ETH 教授 Roman Stocker 的实验室合作，发现从受害者体内漏出的细胞成分很快被捕食者当作食物。“整个场景就像海盗袭击另一艘船一样，”Pilhofer 说道。

只有当环境中的营养浓度较低时，Aureispira 才会变成掠食性细菌。只要营养供应充足，这种海盗细菌就会停止捕食，并放下武器库。然而，让细菌节食会唤醒它的捕食欲望，并导致细胞重建大炮和抓钩。科学家将这种选择性掠食生活方式称为营养不良。

研究人员与维也纳大学马丁·波尔茨 (Martin Polz) 团队合作，找到证据证明这种掠食性生活方式不仅发生在实验室中，而且实际上也存在于海洋样本中。

新的成像技术揭示细节

研究人员使用了多种成像技术，包括光学显微镜和低温电子显微镜，以了解抓钩和大炮的功能和分子结构。

这种方法使得在细胞环境中保存和分析无人工痕迹的分子结构成为可能。使用该方法的增强版本，甚至可以确定构成细菌武器的蛋白质的分子结构。

“所有这些成像技术都可以在苏黎世联邦理工学院的 ScopeM 能力中心获得，这使得这项研究成为可能，”韦斯说。

这些发现有什么用呢?“首先，这是一项由我们的好奇心驱动的基础研究，”皮尔霍夫说。他和同事韦斯已经工作了十年，以阐明收缩注射系统——海盗细菌的机载大炮的名称。

在其他捕食性细菌中，收缩注射系统通常也装载有素，以便立即杀猎物。可以想象，这种细菌螺栓可以装载活性成分，借助分子机器将其注射到单个细胞中。

某些捕食性细菌以蓝藻或蓝绿藻为食。这意味着它们可用于对抗藻华或阻止弧菌的大规模繁殖。“这些细菌捕食者的工作效率非常高，”韦斯说。