一种微小的海洋生物与一种藻类的关系,揭示了一个十多亿年前发生且推动植物和藻类进化的无法解释的过程。
这种无色生物,被日本科学家命名为 Hatena(在日语中意为“谜”),并在10月14日出版的《科学》杂志上进行了描述。它在两个阶段之间交替:一个阶段使其能够寄宿,另一个阶段使其能够吞噬一种绿藻。这些阶段展示了宿主生物和共生细胞的显著快速变化,这可能在光合作用的进化中发挥了关键作用,光合作用是现代植物和藻类通过将光能转化为化学能来制造自身食物的过程。
令人惊讶的是,光合作用并非起源于植物和藻类,而是首先出现在细菌中。藻类找到了一种吞噬细菌的方法,这些细菌最终进化成了叶绿体,一种专门的细胞成分,在这种情况下,负责光合作用。然而,它是如何发生的,一直是个谜。现在,日本筑波大学的生物学家冈本典子和井上勋观察到,在野生藻类 Hatena 中也发生了类似的过程。
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Hatena 的生命周期在宿主阶段和捕食者阶段之间交替。作为宿主,原本无色的 Hatena 寄宿一种被称为Nephroselmis的绿藻细胞,这使得 Hatena 呈现绿色。绿藻细胞分裂成两个,总是产生一个无色的子细胞和一个绿色的子细胞。无色的细胞会形成一个摄食器官,它用这个器官来吞噬一个新的Nephroselmis。一旦被吞噬,Nephroselmis就成为宿主的一个功能部分,而宿主的摄食器官(现在不再需要)会退化。
绿色的子细胞会自行离开,据推测会分裂成更多的绿色子细胞,然而科学家们无法培养野生 Hatena 并彻底追踪其生命周期。但这个阶段可能暗示了要使叶绿体成为细胞的永久组成部分需要发生什么。“要使它成为永久组成部分,你需要的一切都没有发生在这里。也许在亿万年后它会弄清楚,”爱荷华大学遗传学跨学科项目主任生物学家 Debashish Bhattacharya 说。
在其他实验中,冈本和井上试图用其他菌株的Nephroselmis喂食 Hatena,以观察该生物是否会以相同的方式行动。但尽管它吞噬了藻类,但它并没有发生改变,这表明两者之间存在一种特殊的关系。确定这种关系是否是遗传的将是科学家们必须解决的下一个难题。