海洋微生物既是宿主又是殺手

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一種微小的海洋生物與一種藻類的關係,揭示了一個十多億年前發生且推動植物和藻類進化的無法解釋的過程。

這種無色生物,被日本科學家命名為 Hatena(在日語中意為“謎”),並在10月14日出版的《科學》雜誌上進行了描述。它在兩個階段之間交替:一個階段使其能夠寄宿,另一個階段使其能夠吞噬一種綠藻。這些階段展示了宿主生物和共生細胞的顯著快速變化,這可能在光合作用的進化中發揮了關鍵作用,光合作用是現代植物和藻類透過將光能轉化為化學能來製造自身食物的過程。

令人驚訝的是,光合作用並非起源於植物和藻類,而是首先出現在細菌中。藻類找到了一種吞噬細菌的方法,這些細菌最終進化成了葉綠體,一種專門的細胞成分,在這種情況下,負責光合作用。然而,它是如何發生的,一直是個謎。現在,日本筑波大學的生物學家岡本典子和井上勳觀察到,在野生藻類 Hatena 中也發生了類似的過程。


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Hatena 的生命週期在宿主階段和捕食者階段之間交替。作為宿主,原本無色的 Hatena 寄宿一種被稱為Nephroselmis的綠藻細胞,這使得 Hatena 呈現綠色。綠藻細胞分裂成兩個,總是產生一個無色的子細胞和一個綠色的子細胞。無色的細胞會形成一個攝食器官,它用這個器官來吞噬一個新的Nephroselmis。一旦被吞噬,Nephroselmis就成為宿主的一個功能部分,而宿主的攝食器官(現在不再需要)會退化。

綠色的子細胞會自行離開,據推測會分裂成更多的綠色子細胞,然而科學家們無法培養野生 Hatena 並徹底追蹤其生命週期。但這個階段可能暗示了要使葉綠體成為細胞的永久組成部分需要發生什麼。“要使它成為永久組成部分,你需要的一切都沒有發生在這裡。也許在億萬年後它會弄清楚,”愛荷華大學遺傳學跨學科專案主任生物學家 Debashish Bhattacharya 說。

在其他實驗中,岡本和井上試圖用其他菌株的Nephroselmis餵食 Hatena,以觀察該生物是否會以相同的方式行動。但儘管它吞噬了藻類,但它並沒有發生改變,這表明兩者之間存在一種特殊的關係。確定這種關係是否是遺傳的將是科學家們必須解決的下一個難題。

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