本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
一种具有喉咙和胃状结构的绿藻,在缺乏光照时可以吞咽和消化细菌,这进一步支持了林恩·马古利斯被广泛接受的观点,即植物动力叶绿体的起源是一次偶然的消化不良。
这个被称为“内共生理论”的观点认为,早期的有核细胞,即真核生物,吞噬了设法逃脱消化但又无法逃脱捕获者的细菌。相反,它们与细菌建立了伙伴关系。今天的线粒体——真核细胞的引擎——和叶绿体——将阳光转化为光合植物食物的光能捕获机制——被认为是早期两次此类事件的产物。这是美国自然历史博物馆制作的一段精彩视频,它有助于解释这项新发现如何支持这一观点
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这是藻类吞噬细菌的图像,细菌就在其食道中

现场抓拍。Cymbomonas 消化液泡中的细菌。箭头指向细菌。d,消化管;v,消化液泡。p,质体(叶绿体);m,线粒体;g,高尔基体。比例尺代表 2 微米。Maruyama 和 Kim,2013,《Current Biology》。点击图像查看链接。
这是一张可爱的小图片,总结了这一切
你们中的一些人可能会说:等等。我以前听说过一些光合原生生物可以顺便吃掉细菌。这有什么新闻价值?问得好。
尽管人们早就知道一些原生生物——具有细胞核和称为细胞器的特殊隔间的微生物——可以根据周围环境条件,从光中获取能量并吃掉细菌,但这些著名的原生生物类型是通过后续的内共生作用获得叶绿体的,这些内共生作用发生在最初捕获叶绿体的生物(初级内共生体)的后代中。初级内共生被认为发生在将成为绿藻和陆地植物祖先的原生生物中,红藻,以及一个被称为蓝藻的古怪小群体,一些科学家将它们统称为 Archaeplastids。
这些生物反过来又成为进一步内共生的“种子”,这些事件称为次级或三级内共生。隐藻(原生生物)、定鞭藻(原生生物)、不等鞭毛类/异鞭藻类(各种原生生物、硅藻、各种藻类和引起爱尔兰马铃薯饥荒的生物)以及眼虫藻(原生生物)被认为是这种高阶吞噬作用的受益者。你甚至可以通过观察它们的叶绿体来看到这一点。次级甚至三级内共生体的叶绿体周围有多层膜,而不是通常的叶绿体双层膜(内膜是被捕获细胞膜的后代,而外膜是最初吞噬入侵者的液泡的后代),这些多层膜来源于堆叠的摄取作用。
根据 Shinichiro Maruyama 和 Eunsoo Kim 的说法,更难发现具有初级叶绿体的光合藻类也仍然捕获和吞噬细菌——这种能力大概会大大提高任何餐点中的一个逃脱消化监狱并与其捕获者达成协议的几率。
正如 Kim 在视频中所说,人们一直怀疑Cymbomonas 可能具有这种能力,因为它具有可疑的食道和胃状结构。现在,他们有了照片证据,证明不知何故——Cymbomonas 根本不知道如何 *吹口哨* ——细菌和消化酶最终出现在这些结构中。
关于消化系统:与变形虫不同,Cymbomonas 不仅仅在身体的任何旧部位摄取食物。它有一个永久性的、专门的消化系统,具有固定的嘴、喉咙和胃的等效物。根据其对科学家使用的各种染料和标签的反应,食物液泡似乎是酸性的,就像我们的胃一样。令人惊讶的是,食道状管道甚至有一个“条纹状、肌肉状的根”,Maruyama 和 Kim 认为这可能是收缩性的,并参与将细菌通过通道进行类似吞咽的运动。哇。
不同属的几种密切相关的原生生物似乎也具有类似的消化结构。Maruyama 和 Kim 认为,这种结构在广泛的早期分化的绿藻中出现,支持了这种结构存在于 Archaeplastids 或至少是绿藻和陆地植物的最后共同祖先中的观点,并且它源于该生物的非光合祖先的消化系统。有趣的是,这个绿藻谱系也缺乏刚性的细胞壁,这意味着今天陆地植物细胞的普遍特征——陆地植物细胞的祖先不仅有时是食肉的,而且可能没有细胞壁。
参考文献
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
延伸阅读
Spiegel F.W. (2012). Contemplating the First Plantae, Science, 335 (6070) 809-810. DOI: 10.1126/science.1218515