地球是植物的星球——这一切都可以追溯到一个绿色的细胞。世界上茂盛的光合作用生物——从高耸的红杉到无处不在的硅藻——它们的生存都归功于远古时代的一种微小的藻类，它吞噬了一种蓝藻，并将其变成了一个内部太阳能发电厂。
通过研究眼虫藻的基因——眼虫藻是一组仅有13种独特的微观淡水蓝绿藻之一，有时被称为“活化石”——由罗格斯大学分子生物科学家达纳·普莱斯领导的一个国际科学家联盟阐明了植物的进化史。眼虫藻Cyanophora paradoxa仍然保留着比大多数其他植物更原始的、驯化程度较低的原始蓝藻。
根据对C. paradoxa约7000万碱基对的基因组的分析，这种捕获一定只发生过一次，因为大多数现代植物都共享使光合作用生物与较大的宿主细胞合并成为可能的基因。这种结合不仅需要原始宿主和以前自由游走的光合作用生物的合作，显然还需要来自一种细菌寄生虫的合作。类似衣原体的细胞，例如军团菌（包括引起退伍军人症的物种），提供了使食物从驯化的蓝藻（现在被称为质体或叶绿体）输送到宿主细胞的基因。
支持科学新闻业
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻业 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
罗格斯大学的生物学家德巴希什·巴塔查里亚解释说：“这三个实体共同形成了新生细胞器，并且这个过程还得到了来自其他细菌的多次水平基因转移的帮助。”他的实验室领导了2月17日在《科学》杂志上发表的研究工作。“基因招募[可能]在新的生活方式繁荣和大多数植物的硬化细胞壁形成之前就已经在进行中。”
事实上，这种事件的汇合非常罕见，以至于进化生物学家只发现了另一个例子：光合作用变形虫Paulinella大约在6000万年前驯化了蓝藻。“从进化的角度来看，变形虫质体仍然是一个‘正在进行中’的工作，”巴塔查里亚指出。“我们现在正在分析来自Paulinella的基因组序列，以获得关于这些事件如何发生的一些答案。”
阿肯色大学费耶特维尔分校的生物学家弗雷德里克·斯皮格尔（他没有参与这项工作）指出，这项工作为已故生物学家琳恩·马古利斯的假设提供了迄今为止最有力的支持，马古利斯在20世纪60年代首次提出了一种理论，即所有现代植物细胞都源于这种共生结合，尽管当时受到了广泛的批评。这种观点表明，所有植物实际上都是嵌合体——由这种祖先结合的基因片段（包括促成结合的寄生细菌）拼凑而成的混合生物。
剩下的问题是，为什么这种复杂的结合大约发生在16亿年前。一种说法是，当地条件可能使蓝藻的捕食者停止捕食并开始吸收更有利，因为猎物稀缺而阳光充足。“当食物耗尽但阳光充足时，光合作用可以更好地支持生物体，”巴塔查里亚指出。从这种被迫的结合中，一个极其成功的生物体超级群——植物——应运而生。
您是否在Twitter上关注《大众科学》(@SciAm) 以保持对科学研究和发现的了解？请提名我们参加Shorty科学奖：在此投票。