一个罕见的事件给了这种藻类一个可以捕获和利用氮的细胞器

科学家们发现了一种海藻，它含有一种能够从大气中收集氮的细胞器——这种能力以前被认为是某些共生细菌.

这一发现背后的国际研究团队认为，藻类的天赋起源于内共生关系，其中固氮蓝藻被祖先的海藻细胞吞噬。然后，在相互依赖的极端情况下，细菌完全放弃了自己的有机体，丢弃了许多基因，并依赖单细胞藻类提供支持。

这远非微生物结合导致细胞器官形成的唯一例子。生物化学界的超级巨星叶绿体（将阳光转化为能量的微型工厂，没有它们，地球上的大多数生命都是不可能的）和线粒体（细胞的动力源，产生可用的能量形式）也开始作为微生物共享房屋安排。

尽管如此，并不是每天都会遇到一种全新的细胞器，科学家称之为“硝基体”。事实上，这只是有记录的第四个初级内共生的例子。

“细胞器从这些类型的东西中产生是非常罕见的，”说加州大学（UC）圣克鲁斯分校生物学家泰勒·科尔（Tyler Coale）是最近两篇关于这一发现的论文之一的第一作者。

“我们第一次认为它发生了，它引发了所有复杂的生命，”他说，指的是线粒体的起源。“一切比细菌细胞更复杂的东西都归功于这一事件。

然后，大约十亿年前，它再次发生在叶绿体上，给了我们植物。

固氮细菌对全世界植物的生存至关重要。它们通常被发现生活在根瘤中，如果您曾经在花园里出土过豌豆或豆类植物，您可能会发现它。到目前为止，人们认为这种关系可以采取的唯一形式是一种共生形式。

固氮结构被发现Braarudosphaera bigelowii和它的亲戚，在世界海洋中发现的海藻，化石记录可以追溯到大约 1 亿年前。

然而，几十年来，研究人员一直在努力在实验室中培养藻类，因此他们不能确定如果它的固氮成分，称为UCYN-A，是一种共生细菌，或者已经放弃了它的独立性而成为细胞器。

今年早些时候，今年3月，加州大学圣克鲁斯分校海洋生物学家乔纳森·泽尔（Jonathan Zehr）和其他合作者在《细胞这表明UCYN-A确实具有细胞器的特征，包括与其藻类宿主的生长相关的尺寸增加，这表明它们的新陈代谢是内在相关的。

但只有当共生体开始“扔掉DNA片段”时，Zehr解释，这种共生关系变成了，嗯，普通的旧生物。

由于共生入侵者位于细胞核之外，因此其遗传物质在有性生殖过程中不会与细胞自身的DNA一起重新洗牌，从而将其保存在几代人中。另一方面，宿主细胞核外的任何DNA都有更大的受损风险，增加了共生客体的几率无法再起作用作为一个独立的单元。

这就是 Coale、Zehr 及其同事在他们的后续研究： UCYN-A的基因组已经缩小得如此之多，以至于它依赖于导入由以下机构制造的蛋白质B. bigelowii（比格洛维芽孢杆菌）.

“它们的基因组变得越来越小，它们开始依赖母细胞来使这些基因产物 - 或蛋白质本身 - 被运输到细胞中，”Zehr说.

两个独立有机体融合的这些时刻打破了进化的线性概念，提醒我们即使在最基本的层面上，生命也比我们往往意识到的更加流动和相互联系。

但科学家们认为，这一发现也可能对农业和海洋科学产生重要影响。从热带到北极，在世界各大洋中都发现了不同的UCYN-A菌株，因此硝化体可能是海洋蛋白质生产的主要贡献者。

这项研究发表在科学和细胞.

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