蜜蜂的“自杀式攻击”是自然界的生存智慧之一，工蜂尾针刺入人体后强行挣脱会撕裂内脏而死亡，但其释放的报警信息素能瞬间召集同伴，增强其他蜜蜂的攻击性，形成连锁防御策略。虽然个体生命消逝，但这一行为有效保护了蜂巢安全。

　　这种“自我牺牲”行为在生物界广泛存在，但一直有个谜题困扰着生物学家：既然这些个体无法存活下来繁殖后代，相关基因理应逐渐消失。那么，这种行为是如何在自然选择中延续的呢？

　　近日，中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室的研究员黄术强及傅雄飞团队在《国际微生物生态学会期刊》上发表了最新研究，揭示了微生物在压力环境中通过“自我牺牲”实现群体生存的新机制。

　　研究团队利用合成生物学技术，构建了具有“自我牺牲”行为的牺牲者（SDC）菌株和作弊者（Cheater）菌株。牺牲者菌株内置裂解蛋白，受外界刺激后破裂释放β-内酰胺酶，降解抗生素以降低环境压力。实验表明，该机制通过进化选择显著提升了菌群适应性，牺牲者虽死，但其酶解作用提高了群体存活率。这一可控的协同进化模型证实了微生物群落中通过环境压力调控的利他行为能在种群内部获得显著进化优势。

　　为何这种极端的演化模式能在物种进化中持续存在？理论研究显示，强分散环境可促进自我牺牲行为的进化。在微生物被分隔为微小单元时，具有统一基因型的“牺牲者”群体通过主动消亡释放降解抗生素的公共产物，提高存活率；而“作弊者”群体因无贡献而逐渐被淘汰。

　　尽管理论分析表明自我牺牲行为在强分散环境中可维持并演化，但实验验证仍面临挑战，主要是如何构建可重复实验方案模拟这种行为及其与“作弊者”的关系，以及整个演化过程。

　　在合成生物研究重大科技基础设施的帮助下，自动化机器替代了手工操作，完成了繁琐的实验，解决了技术难题，提高了实验效率和数据一致性。实验证实，分散强度与选择压力都会影响自我牺牲行为的演化结果，弱分散操作有利于“作弊者”演化，而强分散操作更有利于“牺牲者”演化，且该效应随抗生素浓度（环境压力）升高呈指数增强。

　　该研究拓展了演化生物学中的群体选择理论，揭示了强分散如何促进自我牺牲行为的演化，为理解利他行为提供了新的视角。同时，该研究展示了定量合成生物学在探索复杂演化现象中的潜力，不仅有助于解析自然界中极端利他行为的演化逻辑，还可能为生物膜控制、抗生素耐药性治理等提供新理论指导。

（文章来源：读创）