Nitroplast 揭示：它是海藻中的一种固氮细胞器

据一项新的研究披露，海藻的某种具固氮功能的细菌性内共生体正在演变为一种固氮细胞器（或称 Nitroplast），从而将某种原以为是原核细胞所独有功能的存在范围扩展到了真核细胞。真核细胞非常复杂，它们包含各种不同的细胞器（即活细胞内具有特定生物学功能的特化结构）。线粒体和叶绿体这两种细胞器分别在能量代谢和光合作用中发挥着关键作用；线粒体和叶绿体的由来可能源自内共生菌与真核细胞的整合。生物性固氮（N₂）——即大气中的氮气转化为可生物利用性氨——是维持水生和陆地系统肥力的一个关键性代谢过程。人们仅仅知道，真核生物中存在的固氮是通过它们与各种能够固定 N₂ 的原核微生物形成共生伙伴关系而实现的。然而，人们对这些共生关系的本质知之甚少，而且在此之前，真核细胞中的固氮细胞器尚未得到描述。Tyler Coale 和同事研究了 Candidatus Atelocyanobacter thalassa（或称 UCYN-A）之间的相互作用；UCYN-A 是一种代谢过程精简的固氮性蓝藻菌，后者已知是单细胞海洋藻类 Braarudosphaera bigelowii 的某内共生体。Coale 等人通过软 X 射线断层扫描拍摄的细胞亚结构图像来可视化观察该海藻的细胞形态和分裂；他们观察到了一种协调的细胞周期，其中内共生性 UCYN-A 会均匀分裂到子代 B. bigelowii 细胞中，这与细胞分裂过程中叶绿体和线粒体细胞器的传递方式类似。此外，进一步的蛋白质组学和基因组分析显示，UCYN-A 含有许多从该真核宿主细胞核内输入的蛋白，其中包括那些对细胞代谢和细胞周期控制所必需的蛋白。据 Coale 等人披露，这些发现表明，UCYN-A 的演化已经超越了内共生关系，其功能堪比某种处于演化早期阶段的固氮性细胞器。Ramon Massana 在相关的《视角》中写道： “Nitroplast 是真核细胞器的一个教科书案例，它能补充藻类宿主对能量、碳和氮的需求；它也是生态学如何成为演变场所的另一个实例。”