地球是一顆植物星球,這些植物或許都源于遠(yuǎn)古的一個(gè)微型藻類。一份遺傳分析報(bào)告揭示了植物光合作用的根源,在吞噬了藍(lán)藻細(xì)菌后,本身能利用太陽(yáng)能的植物出現(xiàn)了。
地球是一顆植物星球,要追溯到所有植物的最根源處,也許就是一個(gè)綠色細(xì)胞。我們的世界里富含著各種光合植物,從高聳的紅杉木到無處不在的硅藻,這些植物或許都源于遠(yuǎn)古的一個(gè)微型藻類,在吞噬了藍(lán)藻細(xì)菌后,變成了一個(gè)本身能利用太陽(yáng)能的植物。
灰胞藻門(glaucophyte),是一種只由13種獨(dú)特的微觀淡水藍(lán)綠藻組成的種群,存在時(shí)間極久,有時(shí)又被稱為活化石。相比于其他植物,這種藻屬中的藍(lán)載藻( Cyanophora paradoxa )更多地保持著原始藍(lán)藻細(xì)菌一些未改變的特性,一個(gè)由澳大利昆士蘭大學(xué)的分子生物學(xué)家德納(Dana Price)領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際科學(xué)家團(tuán)隊(duì),研究了灰胞藻門的遺傳學(xué)原理,并闡明了植物的演化史。
根據(jù)對(duì)藍(lán)載藻基因組近7000萬對(duì)堿基對(duì)進(jìn)行的分析,這種吞噬只出現(xiàn)過一次,這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)現(xiàn)代植物都共有這段基因,這段基因讓光合作用體和較大的宿主細(xì)胞能夠合并在一起。這樣的合并不僅要求宿主細(xì)胞與早先自由生存的光合作用體之間的協(xié)作,還需要寄生菌的配合。類衣原體微生物,如軍團(tuán)菌屬(包含能導(dǎo)致軍團(tuán)病的病菌種群),提供了一段基因,使得馴化后的藍(lán)藻細(xì)菌(葉綠體)能傳送能量給宿主細(xì)胞。
美國(guó)羅格斯大學(xué)的生物學(xué)家巴塔查亞(Debashish Bhattacharya)解釋說:早期的細(xì)胞器就是由這三個(gè)實(shí)體組成,并且這個(gè)過程需要多重水平基因轉(zhuǎn)移和其他細(xì)菌的輔助。這類基因變化在光合植物繁盛和多數(shù)植物的堅(jiān)硬細(xì)胞壁形成之前可能在一直進(jìn)行中,該研究 報(bào)告 2月17日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
實(shí)際上,這樣事件是極其稀有的,演化生物學(xué)家只發(fā)現(xiàn)了一個(gè)其他的例子。約6000萬年前,一種單細(xì)胞變形蟲馴化了藍(lán)藻細(xì)菌進(jìn)行光合作用。為了進(jìn)一步求解事件發(fā)生的原因,他們正在全力分析該微生物的基因組序列。
已故美國(guó)生物學(xué)家林恩.馬古利斯(Lynn Margulis,她也是美國(guó)天文學(xué)家卡爾·薩根的第一任妻子)在20世紀(jì)60年代提出了飽受爭(zhēng)議的內(nèi)共生理論,即真核生物細(xì)胞中的細(xì)胞器、線粒體和葉綠體起源于內(nèi)共生于真核生物細(xì)胞中的原核生物。美國(guó)阿肯色州大學(xué)的生物學(xué)家斯派格(Frederick Spiegel)雖然沒有參與到這項(xiàng)研究中,但他表示,這項(xiàng)研究已經(jīng)為馬古利斯提出的假說提供了強(qiáng)有力的支持。
為什么這樣的復(fù)雜組合能在約16億年前發(fā)生呢?有一個(gè)可能是,當(dāng)時(shí)的地球上藍(lán)藻細(xì)菌的捕食者面臨著食物不足的情況,而陽(yáng)光是十分充足的。這樣就使得藍(lán)藻細(xì)菌的捕食者更適合停止進(jìn)食,開始吸收。巴塔查亞注釋說,當(dāng)食物耗盡,而陽(yáng)光仍然十分充足時(shí),那么光合作用能更好的維持生物生存。正是由于這樣的強(qiáng)迫組合而產(chǎn)生大量的超級(jí)成功生命體,植物就這樣應(yīng)運(yùn)而生了。
本文編譯自: | 《自然》網(wǎng)站2月16日 |
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原文: | 請(qǐng)看這里 |
編譯者: | 宅大大王 |
圖片: | SCIENCE/AAAS |
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