許多細菌物種都有一種神奇的生存策略。在面對饑餓和脅迫條件時，一些細菌會進入一種休眠狀態，生命過程隨即暫停。

這種 " 關機 " 進入深度休眠的細胞就像 " 僵尸 " 一般，它們也被稱為孢子。這是一些部分脫水的細胞，它們的外部被包圍著一層具有抵抗力的保護層。它們能經受住高溫、高壓甚至外太空的惡劣條件，維持可長達數千年的休眠狀態。

等到周圍環境再度變得有利于生存時，休眠多年的孢子可以在幾分鐘內蘇醒，它們重新水合，恢復新陳代謝和生理機能，再次煥發生機。

但是直到現在，科學家仍不清楚孢子究竟如何 " 決定 " 再次醒來的時機。孢子是否能在不被喚醒的情況下，在 " 睡眠 " 中監測周圍環境？特別是，人們還不知道，孢子如何處理那些并沒有明確顯示有利條件的模糊環境信號。它們是無視這種不明確的條件，還是也能留意到？

近日，一組生物學家在《科學》上發表的新研究解開了這個謎團。研究人員發現，孢子在保持生理上的休眠狀態時，仍然具備一種評估周圍環境的非凡能力。它們利用儲存的電化學能量，就像一個電容器一樣，來確定周圍條件是否適合恢復正常機能的生活。

" 整合放電 " 機制

在新研究中，團隊測試了枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）的休眠孢子是否能感知短暫的環境信號。實驗中的這些信號并不強烈，還不足以讓它們恢復正常的生命活動。

他們將枯草芽孢桿菌的孢子暴露在營養物質中，并用染料來追蹤鉀離開核的移動。結果發現，孢子能夠計算這種小的輸入。隨著每次暴露，更多鉀離開核心部位，它的負電荷便越來越大。如果總和達到一定臨界閾值，也就是孢子的核心部位累積了足夠的負電荷，孢子就會 " 決定 " 退出休眠狀態，恢復生物活動，也就是所謂的萌發。

實驗還表明，如果孢子的鉀的移動受到了阻礙，它們則顯示出了有限的電荷變化，無論它們接觸到多少營養物質，似乎都不太可能回到正常的生命狀態。

研究人員還開發了一個數學模型來幫助解釋這個過程：孢子使用一種被稱為 "整合放電"（integrate-and-fire）的機制，基于鉀離子通量來評估周圍環境。即使是一些短暫的，但本身并不足以觸發脫離休眠狀態的有利信號，孢子也能做出反應。

顯微圖像顯示了數個孢子的電化學勢，顏色的不同代表了信號強度的差異。（圖／Süel Lab, Kaito Kikuchi and Leticia Galera）

它們不會被喚醒，而是對每個微小的輸入作出反應，釋放一些儲存的鉀，然后對連續的有利信號進行匯總，確定條件是否適合。這種累積信號處理策略能揭示外部條件是否確實有利，并防止孢子操之過急而進入一個條件艱難的世界。

有趣的是，這種細胞中的電荷變化在各類生命中都很重要。比如，孢子處理信息的方式，和我們大腦中神經元的運作方式就頗具相似之處。

在細菌和神經元中，微小而短促的輸入隨著時間的推移而累加。一旦達到閾值，孢子就會啟動回歸，而神經元則會發射一個動作電位，與其他神經元進行交流。

但兩者也有所不同。孢子可以在不需要任何代謝能量的情況下進行這種信號整合，但神經元則是我們身體中最依賴能量的細胞之一。

在休眠中處理信息

科學家認為，這項研究改變了我們對孢子的理解。孢子曾被認為是惰性物體。而新研究卻告訴我們，處于深度休眠狀態的細胞仍然有能力處理信息。孢子可以釋放它們儲存的電化學勢能進行有關環境的計算，而不需要新陳代謝活動的參與。

他們同時表示，這些與孢子有關的新見解，重新構建了關于休眠狀態的細胞的流行觀點。了解這種萌發的過程具有更實際的應用價值。孢子對大多數抗生素具有抗藥性，一些病原體孢子甚至會引起嚴重的后果。這類研究也能幫助我們更好地殺死它們。

此外，這對于評估諸如流星等物體上的生命，以及尋求生命證據的太空任務具有重要意義。如果科學家未來在火星或金星上真的發現了生命，它們很有可能處于休眠狀態。

我們現在知道，即使是一種看似完全惰性的生命形式，或許仍有能力 " 思考 " 它的下一步行動。