綠藻被發現捕食細菌,支援內共生理論

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


一種具有喉嚨和胃狀結構的綠藻,在缺乏光照時可以吞嚥和消化細菌,這進一步支援了林恩·馬古利斯被廣泛接受的觀點,即植物動力葉綠體的起源是一次偶然的消化不良。

這個被稱為“內共生理論”的觀點認為,早期的有核細胞,即真核生物,吞噬了設法逃脫消化但又無法逃脫捕獲者的細菌。相反,它們與細菌建立了夥伴關係。今天的線粒體——真核細胞的引擎——和葉綠體——將陽光轉化為光合植物食物的光能捕獲機制——被認為是早期兩次此類事件的產物。這是美國自然歷史博物館製作的一段精彩影片,它有助於解釋這項新發現如何支援這一觀點


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這是藻類吞噬細菌的影像,細菌就在其食道中

現場抓拍。Cymbomonas 消化液泡中的細菌。箭頭指向細菌。d,消化管;v,消化液泡。p,質體(葉綠體);m,線粒體;g,高爾基體。比例尺代表 2 微米。Maruyama 和 Kim,2013,《Current Biology》。點選影像檢視連結。

這是一張可愛的小圖片,總結了這一切

視覺摘要,Maruyama 和 Kim,2013。《Current Biology》。點選影像檢視連結。

你們中的一些人可能會說:等等。我以前聽說過一些光合原生生物可以順便吃掉細菌。這有什麼新聞價值?問得好。

儘管人們早就知道一些原生生物——具有細胞核和稱為細胞器的特殊隔間的微生物——可以根據周圍環境條件,從光中獲取能量並吃掉細菌,但這些著名的原生生物型別是透過後續的內共生作用獲得葉綠體的,這些內共生作用發生在最初捕獲葉綠體的生物(初級內共生體)的後代中。初級內共生被認為發生在將成為綠藻和陸地植物祖先的原生生物中,紅藻,以及一個被稱為藍藻的古怪小群體,一些科學家將它們統稱為 Archaeplastids。

這些生物反過來又成為進一步內共生的“種子”,這些事件稱為次級或三級內共生。隱藻(原生生物)、定鞭藻(原生生物)、不等鞭毛類/異鞭藻類(各種原生生物、矽藻、各種藻類和引起愛爾蘭馬鈴薯饑荒的生物)以及眼蟲藻(原生生物)被認為是這種高階吞噬作用的受益者。你甚至可以透過觀察它們的葉綠體來看到這一點。次級甚至三級內共生體的葉綠體周圍有多層膜,而不是通常的葉綠體雙層膜(內膜是被捕獲細胞膜的後代,而外膜是最初吞噬入侵者的液泡的後代),這些多層膜來源於堆疊的攝取作用。

根據 Shinichiro Maruyama 和 Eunsoo Kim 的說法,更難發現具有初級葉綠體的光合藻類仍然捕獲和吞噬細菌——這種能力大概會大大提高任何餐點中的一個逃脫消化監獄並與其捕獲者達成協議的機率。

正如 Kim 在影片中所說,人們一直懷疑Cymbomonas 可能具有這種能力,因為它具有可疑的食道和胃狀結構。現在,他們有了照片證據,證明不知何故——Cymbomonas 根本不知道如何 *吹口哨* ——細菌和消化酶最終出現在這些結構中。

關於消化系統:與變形蟲不同,Cymbomonas 不僅僅在身體的任何舊部位攝取食物。它有一個永久性的、專門的消化系統,具有固定的嘴、喉嚨和胃的等效物。根據其對科學家使用的各種染料和標籤的反應,食物液泡似乎是酸性的,就像我們的胃一樣。令人驚訝的是,食道狀管道甚至有一個“條紋狀、肌肉狀的根”,Maruyama 和 Kim 認為這可能是收縮性的,並參與將細菌透過通道進行類似吞嚥的運動。哇。

不同屬的幾種密切相關的原生生物似乎也具有類似的消化結構。Maruyama 和 Kim 認為,這種結構在廣泛的早期分化的綠藻中出現,支援了這種結構存在於 Archaeplastids 或至少是綠藻和陸地植物的最後共同祖先中的觀點,並且它源於該生物的非光合祖先的消化系統。有趣的是,這個綠藻譜系也缺乏剛性的細胞壁,這意味著今天陸地植物細胞的普遍特徵——陸地植物細胞的祖先不僅有時是食肉的,而且可能沒有細胞壁。

參考文獻

Maruyama S. & Kim E. (2013). A Modern Descendant of Early Green Algal Phagotrophs, Current Biology, 23 (12) 1081-1084. DOI: 10.1016/j.cub.2013.04.063

延伸閱讀

Spiegel F.W. (2012). Contemplating the First Plantae, Science, 335 (6070) 809-810. DOI: 10.1126/science.1218515

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