在海上,一位科學家將浮遊生物樣本放在燈光下觀察上面閃閃發光的奇觀。這是由數千個生活在海面上的微生物引起的,他們複雜的晶體的骨骼對讓光線發生折射和反射。
這些有機體是一種稱為Acantharians的浮遊生物。他們在全球所有海洋中都大量存在,並且是海洋生態系統中碳和其他營養物質的關鍵回收者。
對Acantharians的研究面臨著很多挑戰。他們不能在實驗室環境中繁殖,並且非常脆弱,在取樣過程中非常容易被破壞。由於他們太小而不能用肉眼看到,因此對研究人員他們的興趣遠不如其他海洋生物(如珊瑚)。但是,衝繩科學技術大學的Margaret Brisbin認為這些生物體非常值得仔細觀察。
Acantharians最有趣的事情是:他們與體內的光合藻類形成共生關係。藻類向這些浮遊生物他們提供有機碳,使他們能夠生活在其他許多生物無法生存的低營養環境中。
這些微小的浮遊生物及其藻類伴侶,可能在「消除大氣二氧化碳」方面發揮重要作用。共生藻類在光合作用過程中以較高的速率固定二氧化碳;但是,當主體浮遊生物死亡時,他們的比重較高的鍶晶體骨架將他們沉入海底,因此,將碳鎖定在海洋表面以下的大氣之外。
對於我們目前的富含碳的大氣,從某種意義上講,光合作用能夠快速固定碳,這是最好的選擇。
但是,藻類從這種共生中獲得什麼東西?對此,科學家們還沒有定論。一些生物學家認為,浮遊生物與共生藻類之間的關係是「反向寄生」:也就是一種奴役,主人(浮遊生物)在利用藻類。但是,Brisbin認為,這個故事可能沒有這麼簡單。
「我很想知道藻類是否從這種關係中得到了什麼?或者他們是否被浮遊生物養殖,然後被消化。」
在為期一個月的東海考察旅行中,Brisbin及其同事收集了充滿小型浮遊生物的海水樣本。 他們通過浮遊生物網過濾海水,以收集Acantharians;然後使用玻璃微量移液器將每個宿主細胞逐個轉移到單獨的培養皿中。他們還保留了每個地點的一些海水樣本,以便將水中的自由藻類與浮遊生物內部的藻類進行比較。
接下來,他們進行了生物體的遺傳分析,從個體宿主細胞中提取RNA,並在OIST測序部門的支持下,對一個標記基因進行測序,以確定每個Acantharians宿主內不同類型的藻類的數量。他們發現每個寄主中都含有多種共生藻類群落,這表明浮遊生物寄主在其一生中多次收集藻類。
研究人員還發現,浮遊生物寄主內藻類的基因序列,與從發現地點海水中的藻類的基因序列顯著不同;這意味著兩個群體含有不同類型的藻類。也就是說:要麼浮遊生物主動選擇特定的藻類,要麼共生藻類長時間留在其宿主之中。
研究人員利用共聚焦螢光顯微鏡觀察acantharians的消化細胞器,結果發現,acantharians並沒有消化藻類。這與「(浮遊生物)宿主和海藻長期共存」的想法是一致的。
在浮遊生物宿主中長時間逗留,可能會保護藻類免受其他生物的侵襲,或屏蔽他們免受病毒感染。進一步的研究需要探索藻類是否真正從共生中獲益;但研究人員認為,至少有可能是一種互惠的關係,而不是像以前所提出的那樣是剝削性的。