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地球植物诞生的千载难逢的事件再次发生

地球植物诞生的千载难逢的事件再次发生

一个在地球生命史上只发生过三次的事件刚刚被记录下来。 一种海洋细菌已经融入其藻类宿主中,并与其共同进化了足够长的时间,现在它可以被认为是一种细胞器,是藻类细胞机器的一部分。 这意味着这些藻类是已知的第一个含有能够固氮的细胞器的真核生物(在膜结合核中含有 DNA 的生物体)。

最近两篇有关这一发现的论文之一的第一作者泰勒·科尔(Tyler Cole)在一篇期刊文章中表示:“细胞器由此类物质产生的情况非常罕见。” 陈述

“非常罕见”实际上可以被认为是轻描淡写的。 据我们所知,这种情况第一次发生时,通过线粒体的诞生产生了第一个复杂的生命。 从那时起,这种情况又发生了两次,其中包括十亿多年前,通过为我们提供叶绿体,标志着地球上植物生命的黎明。

近 30 年前,加州大学圣克鲁斯分校的 Jonathan Zehr 教授领导的团队在太平洋中发现了具有固氮能力的新蓝藻,为这一最新发现奠定了基础。 这是微生物从环境中提取游离氮并将其与其他元素结合形成新的氮化合物(例如肥料)的过程,这是生命繁荣所必需的。

Zahr 的团队将这种细菌命名为 UCYN-A。 与此同时,在日本,古生物学家萩野恭子正在培育海藻,结果证明这种海藻是她本土的。 宿主生物体

随着时间的流逝,科学家们对这两种生物之间的关系变得更加清楚。 但最近,他们得出的结论是,UCYN-A不仅与其藻类宿主有着密切的关系,而且它们现在已经共同进化到UCYN-A已经成为藻类细胞本身的一部分,成为一种细胞器。

好像拥有第一个有记录的硝化细胞还不够, 比氏拟球菌 这些细胞看起来也像每个 DnD 玩家梦想的骰子。

图片来源:Hagino 等人,PLOS ONE 2013(中共3.0

国际研究小组在两篇新论文中提出了他们的证据。

第一项研究于 2024 年 3 月发表,表明 UCYN-A 及其宿主(一种藻类) 比氏拟球菌,具有相似的体积比,表明它们的代谢过程是相互交织的。

“这正是细胞器所发生的情况,”扎尔说。 “如果你观察线粒体和叶绿体,它们是同一件事:它们随着细胞而扩张。”

第二篇论文附带了橡皮图章,该论文提供了 UCYN-A 从宿主细胞进口蛋白质的证据,这是细胞器发育的标志。

“它们开始去除 DNA 片段,它们的基因组变得越来越小,它们开始依赖母细胞将这些基因产物——或蛋白质本身——运输到细胞中,”扎尔解释道。

通过分析蛋白质,Coyle 证实 UCYN-A 正常发挥功能所依赖的许多蛋白质都是在藻类宿主内产生并进口的。 泽尔将其描述为“有点像一个神奇的拼图游戏,可以组合在一起并且确实有效”。

新发现的细胞器被命名为“硝基体”。 与较古老的线粒体和叶绿体相比,科学家将它们的进化追溯到大约一亿年前。 它已经为我们提供了了解固氮如何影响海洋生态系统的窗口,并且也可能对旱地农业产生影响。

“这个系统是固氮的新视角,可能为如何将这种细胞器设计到农作物中提供线索,”科尔解释道。

扎尔认为 UCYN-A 并不是唯一的同类,但它是第一个被发现的。 我们愿意打赌,它将使研究人员在未来 30 年甚至更长时间里保持忙碌。

这两项研究均发表在期刊上 细胞科学

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