【导语】

一项发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）的研究报道，一种新发现的纤毛虫物种 Euplotes gigatrox 在食物条件变化时会出现显著形态和行为转变：同一克隆群体中，少数细胞会发育成体型远大于常规个体的“超级巨人”，并以捕食同种较小个体为生。这一现象被研究团队视为单细胞生物发育复杂性的一个新例证。

新物种来源及形态特征

研究团队介绍，Euplotes gigatrox 采集自加勒比海库拉索岛的一套海水过滤系统。该物种隶属于广泛分布于水生生态系统的 Euplotes 属纤毛虫。

论文第一作者、伦斯勒理工学院的 Ben Larson 博士表示，自显微镜问世以来，Euplotes 属纤毛虫因分布广泛、形态特征突出而长期受到关注。现有研究已对其运动方式、交配行为、共生关系、生物地理分布以及对局部环境的适应性进行了大量描述。

据介绍，Euplotes 细胞具有高度有序且复杂的“类动物”体型，其纤毛会聚集成更大的结构，称为膜束和触足。这些结构可被改造用于产生水流以摄食、在水中游动，或作为“腿”在基质表面行走。

“超级巨人”形态与捕食行为

在 Euplotes gigatrox 的克隆群体中，所有细胞具有相同 DNA，但其中一小部分会自发发育为“超级巨人”。研究显示，这些超级巨人个体长度超过正常细胞两倍，体型更宽大，口部结构也明显放大。

与以细菌为主要食物来源的正常滤食细胞不同，超级巨人表现出明显的捕食性行为。研究团队观察到，超级巨人会主动追捕并整吞较小的克隆同类，捕食速率约为每 10 分钟一个猎物。

Larson 博士指出，这一现象显示出单个细胞能够执行通常被认为属于多细胞动物发育范畴的行为，为理解单细胞生物的能力提供了新的视角。

运动方式与生态“权衡”

研究发现，超级巨人与正常细胞在运动方式上也存在系统性差异。

正常细胞既能在表面行走，也能在流体中沿螺旋轨迹游动，运动姿态相对平稳。而超级巨人主要在表面行走，移动路径趋向圆形，更适合捕猎在表面爬行的猎物；一旦离开表面进入水体，它们不再表现为有效游泳，而是以笨拙的翻滚方式移动。

Larson 博士表示，超级巨人的形成体现了一种功能上的权衡：这些细胞在捕猎方面更具优势，但游泳能力下降，其营养生态位也从滤食细菌转变为利用完全不同类型的猎物。

分子机制与发育阶段划分

为探究这一形态转变的分子基础，研究团队对 Euplotes gigatrox 的三类细胞进行了单细胞转录组测序：正常细胞、超级巨人细胞，以及刚刚从超级巨人状态逆转回正常形态的细胞。

结果显示，超级巨人代表一个在转录水平上独立的发育阶段，其基因表达模式与正常细胞存在广泛差异，涉及细胞周期调控、蛋白质合成以及膜结构组织等多个方面。

从超级巨人状态逆转的细胞同样呈现出独特的分子特征。研究团队认为，这些细胞似乎暂时抑制了驱动超级巨人形成的相关通路。

实验还发现，由最近逆转细胞启动的群体，在产生新超级巨人方面的速度和总体频率均低于由正常细胞启动的群体，这一现象在不同外部条件下均保持一致。

形成条件与群体结构

在群体动态方面，研究指出，超级巨人的形成通常出现在群体从快速生长期向稳定期过渡的阶段，尤其是在小型猎物资源不充足时。

超级巨人仅在两类条件同时满足时持续存在：一是小型猎物（如细菌）相对稀缺，二是大型猎物（正常 Euplotes 细胞）在群体中存在。研究记录显示，超级巨人数量在群体中所占比例从未超过约 5%。

研究团队认为，这种低比例的存在形式与一种“分散风险”的策略相符，即仅有少部分细胞转变为利用不同资源的形态，从而在资源条件变化时维持群体整体的生存可能性。

对单细胞发育研究的意义

研究作者指出，这些发现为理解单细胞生物的发育提供了新的研究框架。与多细胞动物不同，单细胞生物需要在一层细胞膜内完成细胞和整个“个体”的全部功能。

Larson 博士表示，目前关于发育过程的知识主要来源于动物研究，而 Euplotes gigatrox 提供了一个在生命树完全不同分支上的系统，使研究者能够在单细胞水平上探讨类似的基本发育问题。

该研究论文题为《纤毛虫 Euplotes gigatrox 中食人超级巨细胞的调控发育》，发表于 2026 年 PNAS 第 123 卷第 20 期，论文编号 e2606891123，DOI 为 10.1073/pnas.2606891123。