首次发现微型甲壳动物像“海洋蜜蜂”一样“授粉”海藻

小型海洋生物运送海藻性细胞,这是首次记录到藻类中的“授粉”现象

Spotted crustacean walking on red algae branch

小型甲壳动物Idotea balthica促进了红藻Gracilaria gracilis的雄性配子扩散和受精。它们利用枝繁叶茂的丛生红藻作为庇护所,并以生长在其表面的微藻为食。

沿着岩石海岸线,作为一株单独的海藻,生活可能很艰难。虽然有很多潜在的伴侣,但这些大型藻类的茎秆固定不动,可能的配偶通常会将它们的生殖结构隐藏起来。对于成团生长的红藻Gracilaria gracilis来说,这是一个特殊的问题。它的雄性配子(精子)缺乏柔韧的鞭毛来推动它们在水中移动。“如果没有游泳能力,精子需要以其他方式找到通往雌性植物的道路,”法国国家科学研究中心的生态学家米里亚姆·瓦莱罗说。

科学家们长期以来认为,海藻的精子只是随着水流漂流,只有很小的机会落在雌性海藻的生殖器官上。但在周四发表在《科学》杂志上的一项研究中,瓦莱罗和她的同事发现,这种海藻借鉴了开花植物的做法,利用“传粉者”——在这种情况下,是被称为等足类的Idotea balthica物种(一种类似昆虫的甲壳动物)——来帮助它们完成受精。这是首次记录到藻类进行水生授粉的例子

为了测试等足类在海藻繁殖中被怀疑的作用,瓦莱罗和她的团队从海岸线收集了Gracilaria的茎秆,并将它们放入模拟低潮时海岸岩石池塘条件的缸中,这时海藻会进行大部分繁殖。在第一个实验中,雄性和雌性茎秆都被悬挂在有或没有等足类的缸中,这些等足类可以长到大约一节AAA电池的长度。为了衡量繁殖的成功率,研究人员计算了在雌性海藻上发芽的受精细胞(称为孢子囊)的数量。他们观察到,暴露在等足类中的海藻茎秆的繁殖成功率比没有甲壳动物的缸中的高出大约20倍。


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Idotea balthica物种的等足类在雄性Gracilaria gracilis(左侧)和雌性(右侧)上觅食。有些紧紧地抓在海藻上,因此精子可以沉积在它们身上,使它们能够使海藻受精。图片来源:© IRL 3614, Station Biologique de Roscoff, CNRS, SU, Roscoff, France

为了确保等足类本身是繁殖激增的原因(而不是说,一株特别活跃的海藻),研究人员进行了第二个实验,他们只将雌性茎秆放入两个独立的缸中。一个缸含有先前接触过雄性海藻的等足类;另一个缸没有等足类。该团队发现,尽管附近没有雄性茎秆,等足类仍然增加了雌性海藻上受精孢子囊的数量。

当等足类在雄性海藻茎秆上爬行时,它们会被覆盖着粘性、粘液状物质的精子轰击。就像覆盖着花粉的蜜蜂将花粉从植物传播到植物一样,等足类在海藻丛之间移动时,将精子传播到整个潮汐池中。作为其生育护理员的回报,等足类利用海藻作为庇护所,并以附着在茎秆上的小型藻类自助餐为食。

中国昆明植物研究所的客座教授、生态学家杰夫·奥勒顿说,这一发现非常有趣,因为等足类和红藻是世界各地潮间带生态系统中常见的生物,并且已经被研究了几个世纪。“它们很早以前就被人们所知,但直到现在我们才了解到它们实际上会相互作用,”他说。奥勒顿没有参与这项新研究,但他提供了评论,并为《科学》杂志撰写了对该研究的分析,他认为这一发现突显了许多复杂的类似授粉的相互作用可能隐藏在人们的眼皮底下。在他自己的研究中,他估计在超过30万种已知的动物授粉开花植物中,只有10%的传粉者被记录在案。

墨西哥国立自治大学的海洋生态学家布里吉塔·范图森布罗克说:“我怀疑这种情况在海洋中比我们想象的要普遍得多。”她没有参与这项新研究,但在2016年发现,海洋海草植物是由浮游生物等生物授粉的。“关于海洋植物和藻类的有性繁殖的信息很少,”范图森布罗克说。

新发现可能具有进化意义。科学家们长期以来认为,动物驱动的授粉起源于中生代时期,当时开花植物大约在1.4亿年前首次出现。最近发现的一些苔藓和真菌也依赖动物进行受精,这可能会将授粉等同物的起源追溯到 4.5 亿年前的陆地殖民早期。但是,在海浪下发生类似授粉的相互作用的发现可能会将这一发展推得更远。

Gracilaria的祖先在十亿多年前就在原始水池中漂浮,比复杂动物早数亿年。早期的藻类可能依赖被动受精,但一旦大约在5.5亿年前出现祖先节肢动物,就可能形成了互利的伙伴关系。“你可能拥有动物和植物前体之间长达 5 亿多年的不间断的相互作用链,”奥勒顿说。“从这个意义上说,它重构了我们对授粉的看法。”

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