科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)脊椎動物細(xì)胞也能進(jìn)行光合作用！
小楊 / 2024-07-31 09:28:14
百歐博偉生物：據(jù)英國《自然》雜志網(wǎng)站近日報(bào)道，加拿大科學(xué)家在蠑螈的細(xì)胞內(nèi)觀察到一種能進(jìn)行光合作用的藻類，首次發(fā)現(xiàn)脊椎動物細(xì)胞也能進(jìn)行光合作用。新發(fā)現(xiàn)有助于研究脊椎動物細(xì)胞的自體識別能力是怎樣形成的。
斑點(diǎn)鈍口螈屬穴居動物，一生的大部分時間都是在地下度過，只有在繁殖期才會增加在地面的活動時間，當(dāng)繁殖期過后再次隱藏到地下，它們產(chǎn)下的卵則在水中孵化，為了給胚胎提供氧氣，這種蠑螈進(jìn)化出了在胚胎期可以光合作用的能力。
很久以來，科學(xué)家一直以為只有植物、藻類、細(xì)菌和一些無脊椎動物才能進(jìn)行光合作用，直接把光線轉(zhuǎn)化成能量。直到他們開始深入研究一個叫做斑點(diǎn)鈍口螈的蠑螈，才發(fā)現(xiàn)脊椎動物也有這種能力。
科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)能進(jìn)行光合作用的脊椎動物斑點(diǎn)鈍口螈，這個可愛的脊椎動物，背上長有毒腺，這并不稀奇，但它是目前為止唯一被發(fā)現(xiàn)能利用太陽能制造食物的脊椎動物。很久以前人們就知道，一些兩棲動物產(chǎn)下的蛋外面有一層果凍般的包裹體，其中生長著藻類。這是一種和諧的共生關(guān)系：藻類消耗蛋產(chǎn)生的廢棄物，并為其提供氧氣。
在7月28日于烏拉圭埃斯特角城召開的第九屆國際脊椎動物形態(tài)學(xué)大會上，柯內(nèi)作報(bào)告時卻指出，這些藻類遍布于蠑螈體細(xì)胞及胚胎細(xì)胞內(nèi)部，直接在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行光合作用，生成氧氣和碳水化合物。這樣密切的共生關(guān)系，此前只在一些無脊椎動物如珊瑚中被發(fā)現(xiàn)存在，而從未在脊椎動物中發(fā)現(xiàn)過。
柯內(nèi)最開始對一個還沒孵化的蠑螈胚胎進(jìn)行長時間熒光照射后，觀察到胚胎細(xì)胞內(nèi)含有葉綠素。他接著用透射電子顯微鏡（TEM）進(jìn)一步仔細(xì)觀察后發(fā)現(xiàn)，蠑螈細(xì)胞內(nèi)的藻類周圍都環(huán)繞著一些線粒體，而線粒體正是氧氣和葡萄糖結(jié)合產(chǎn)生能量的場所。線粒體聚集在藻類細(xì)胞周圍可能是為了更快捷地利用這些光合作用細(xì)胞產(chǎn)生的氧氣和碳水化合物。
理論上講，脊椎動物的細(xì)胞含有調(diào)節(jié)適應(yīng)性的免疫系統(tǒng)，它會殺死無法識別的異己生物，因此藻類想要固定地共生在蠑螈細(xì)胞內(nèi)部幾乎不可能。而研究人員對這一新發(fā)現(xiàn)的解釋是，要么蠑螈的細(xì)胞關(guān)閉了自體免疫系統(tǒng)，要么藻類有效避開了這一免疫機(jī)制。
柯內(nèi)還發(fā)現(xiàn)，成年雌性斑點(diǎn)蠑螈的輸卵管內(nèi)也有綠藻存在，那里也是膠狀胞囊形成的地方。這個發(fā)現(xiàn)表明共生藻可能是由母親通過膠狀胞囊傳遞給下一代的。
美國加州大學(xué)伯克利分校的退休教授大衛(wèi)·維克說，如果藻類真的能進(jìn)入生殖細(xì)胞，脊椎動物細(xì)胞會殺死體內(nèi)異己生物的觀點(diǎn)將受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)，并有助于研究脊椎動物細(xì)胞的自體識別能力是怎樣形成的。蠑螈已經(jīng)分化的具有專門功能的細(xì)胞還能繼續(xù)分裂轉(zhuǎn)變成其他細(xì)胞，因此具有特有的超強(qiáng)再生能力，從而在進(jìn)化中形成和其他脊椎動物不同的自體識別能力。
來自加州大學(xué)伯克利分校的大衛(wèi)·威克在聽取了科內(nèi)爾的演講報(bào)告之后說：“我懷疑藻類是否能夠進(jìn)入斑點(diǎn)鈍口螈的生殖細(xì)胞，這將真正挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的知識體系。” 雖然這是第一次在脊椎動物細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)能進(jìn)行光合作用的微生物，但這向我們提出了一個開放性的問題——是否其他動物也擁有類似的性狀？發(fā)育生物學(xué)家丹尼爾·巴克霍爾茲說：“我認(rèn)為只要人們開始認(rèn)真尋找，我們或許將會發(fā)現(xiàn)更多的這種事例......
而現(xiàn)在研究發(fā)現(xiàn)，一種名為斑點(diǎn)鈍口螈的斑點(diǎn)蠑螈，其胚胎內(nèi)部的細(xì)胞中竟然寄生有一種名為“Oophila amblystomatis”的單細(xì)胞藻類。這種藻類似乎可以為寄主細(xì)胞提供食物。如果這一發(fā)現(xiàn)得到證實(shí)，它將成為迄今已知的唯一一個脊椎動物細(xì)胞內(nèi)藻類共生的案例。長久以來，科學(xué)家們一直認(rèn)為只有植物、藻類、一些細(xì)菌以及很少的無脊椎動物能通過光合作用直接從陽光中獲取能量?，F(xiàn)在，據(jù)著名的《自然》雜志報(bào)道，科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)了一種能進(jìn)行光合作用的脊椎動物。這種不可思議的動物實(shí)際上是一種非常常見的斑點(diǎn)鈍口螈。具有諷刺意味的是，科研工作者對斑點(diǎn)鈍口螈并不陌生，而且還知道該動物的胚胎和能進(jìn)行光合作用的藻類有共生關(guān)系。然而，這種共生關(guān)系一直被認(rèn)為是外在的，也就是說藻類和斑點(diǎn)鈍口螈分別獨(dú)立工作，然后平等地相互交換產(chǎn)物。事實(shí)證明，科研工作者先前并沒有進(jìn)行足夠細(xì)致的觀察。
在經(jīng)過使用透射電子顯微鏡觀察之后，他確認(rèn)了自己的猜想——那是生長在斑點(diǎn)鈍口螈細(xì)胞內(nèi)的藻類共生體。實(shí)際上，這種藻類共生體經(jīng)常在線粒體周邊被發(fā)現(xiàn)，線粒體是負(fù)責(zé)為細(xì)胞產(chǎn)生能量的一種細(xì)胞器。因此，看起來線粒體能夠直接從藻類獲得氧氣和碳水化合物，這正是藻類進(jìn)行光合作用的產(chǎn)物。這個科學(xué)發(fā)現(xiàn)令人驚奇的原因是，所有已知的脊椎動物都有著完善的免疫系統(tǒng)，它能夠摧毀進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的外來非己生物物質(zhì)。關(guān)于斑點(diǎn)鈍口螈細(xì)胞內(nèi)的藻類是如何繞開這種內(nèi)在的生物防御機(jī)制的，仍然是個謎團(tuán)。更有趣的是，科內(nèi)爾還發(fā)現(xiàn)藻類存在于成年雌性斑點(diǎn)鈍口螈的輸卵管內(nèi)，輸卵管是胚囊形成的地方。這意味著，很可能共生的藻類是通過生殖過程從母親傳給后代的。
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