一個(gè)罕見的事件給了這種藻類一個(gè)可以捕獲和利用氮的細(xì)胞器

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種海藻，它含有一種能夠從大氣中收集氮的細(xì)胞器——這種能力以前被認(rèn)為是某些共生細(xì)菌.

這一發(fā)現(xiàn)背后的國際研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，藻類的天賦起源于內(nèi)共生關(guān)系，其中固氮藍(lán)藻被祖先的海藻細(xì)胞吞噬。然后，在相互依賴的極端情況下，細(xì)菌完全放棄了自己的有機(jī)體，丟棄了許多基因，并依賴單細(xì)胞藻類提供支持。

這遠(yuǎn)非微生物結(jié)合導(dǎo)致細(xì)胞器官形成的唯一例子。生物化學(xué)界的超級(jí)巨星葉綠體（將陽光轉(zhuǎn)化為能量的微型工廠，沒有它們，地球上的大多數(shù)生命都是不可能的）和線粒體（細(xì)胞的動(dòng)力源，產(chǎn)生可用的能量形式）也開始作為微生物共享房屋安排。

盡管如此，并不是每天都會(huì)遇到一種全新的細(xì)胞器，科學(xué)家稱之為“硝基體”。事實(shí)上，這只是有記錄的第四個(gè)初級(jí)內(nèi)共生的例子。

“細(xì)胞器從這些類型的東西中產(chǎn)生是非常罕見的，”說加州大學(xué)（UC）圣克魯斯分校生物學(xué)家泰勒·科爾（Tyler Coale）是最近兩篇關(guān)于這一發(fā)現(xiàn)的論文之一的第一作者。

“我們第一次認(rèn)為它發(fā)生了，它引發(fā)了所有復(fù)雜的生命，”他說，指的是線粒體的起源?！耙磺斜燃?xì)菌細(xì)胞更復(fù)雜的東西都?xì)w功于這一事件。

然后，大約十億年前，它再次發(fā)生在葉綠體上，給了我們植物。

固氮細(xì)菌對全世界植物的生存至關(guān)重要。它們通常被發(fā)現(xiàn)生活在根瘤中，如果您曾經(jīng)在花園里出土過豌豆或豆類植物，您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)它。到目前為止，人們認(rèn)為這種關(guān)系可以采取的唯一形式是一種共生形式。

固氮結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn)Braarudosphaera bigelowii和它的親戚，在世界海洋中發(fā)現(xiàn)的海藻，化石記錄可以追溯到大約 1 億年前。

然而，幾十年來，研究人員一直在努力在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)藻類，因此他們不能確定如果它的固氮成分，稱為UCYN-A，是一種共生細(xì)菌，或者已經(jīng)放棄了它的獨(dú)立性而成為細(xì)胞器。

今年早些時(shí)候，今年3月，加州大學(xué)圣克魯斯分校海洋生物學(xué)家喬納森·澤爾（Jonathan Zehr）和其他合作者在《細(xì)胞這表明UCYN-A確實(shí)具有細(xì)胞器的特征，包括與其藻類宿主的生長相關(guān)的尺寸增加，這表明它們的新陳代謝是內(nèi)在相關(guān)的。

但只有當(dāng)共生體開始“扔掉DNA片段”時(shí)，Zehr解釋，這種共生關(guān)系變成了，嗯，普通的舊生物。

由于共生入侵者位于細(xì)胞核之外，因此其遺傳物質(zhì)在有性生殖過程中不會(huì)與細(xì)胞自身的DNA一起重新洗牌，從而將其保存在幾代人中。另一方面，宿主細(xì)胞核外的任何DNA都有更大的受損風(fēng)險(xiǎn)，增加了共生客體的幾率無法再起作用作為一個(gè)獨(dú)立的單元。

這就是 Coale、Zehr 及其同事在他們的后續(xù)研究： UCYN-A的基因組已經(jīng)縮小得如此之多，以至于它依賴于導(dǎo)入由以下機(jī)構(gòu)制造的蛋白質(zhì)B. bigelowii（比格洛維芽孢桿菌）.

“它們的基因組變得越來越小，它們開始依賴母細(xì)胞來使這些基因產(chǎn)物 - 或蛋白質(zhì)本身 - 被運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞中，”Zehr說.

兩個(gè)獨(dú)立有機(jī)體融合的這些時(shí)刻打破了進(jìn)化的線性概念，提醒我們即使在最基本的層面上，生命也比我們往往意識(shí)到的更加流動(dòng)和相互聯(lián)系。

但科學(xué)家們認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)也可能對農(nóng)業(yè)和海洋科學(xué)產(chǎn)生重要影響。從熱帶到北極，在世界各大洋中都發(fā)現(xiàn)了不同的UCYN-A菌株，因此硝化體可能是海洋蛋白質(zhì)生產(chǎn)的主要貢獻(xiàn)者。

這項(xiàng)研究發(fā)表在科學(xué)和細(xì)胞.

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