本報訊 據美國物理學組織網近日報導，科學家發現，海洋中極為豐富的單細胞生物硅藻存在與動物相類似的尿素循環，這種循環使硅藻能有效地利用碳和氮。該論文發表在近期出版的《自然》雜誌上。
硅藻類是十分微小的生物，為真核藻類，多數為單細胞生物，具有由矽構成的獨特細胞壁。硅藻類是了解海洋生態環境系統是否健康的關鍵生物，並負責製造海洋中的碳和氧，大氣中約五分之一氧氣由其光合作用產生。海洋硅藻還是水生動物的食料，它們處在食物鏈底層，是海洋中的主要初級生產力。海洋環境如果受到富營養汙染，常使某些硅藻如骨條藻、菱形藻、盒形藻、角毛藻、根管藻、海鏈藻等生殖過盛，形成赤潮，使水質惡劣，對漁業及其他水產動物帶來嚴重危害。
美國克雷格·文特爾研究所的安德魯·艾倫及法國巴黎高等師範學校生物系克裡斯·鮑勒領導的研究小組認為，這種尿素循環可能是導致上升流出現後，硅藻主導海洋環境的主要原因。所謂上升流是一種海洋學現象，指富含營養的海水流向海表面。在上升流出現時，硅藻能夠迅速從長期缺乏營養的狀態下得到恢復，並能迅速增殖。
在此前的研究中，艾倫、鮑勒及其同事對羽紋綱硅藻、三角褐指藻進行了基因組測序，確定硅藻的基因起源新方法。同時，他們還研究了硅藻的代謝，結果發現硅藻以鐵代謝為始。
在這項工作的基礎上，艾倫及其同事研究了硅藻的進化史，並重點探討了三角褐指藻營養代謝機制，發現硅藻有功能性尿素循環。這一發現十分驚人，因為人們一直認為，尿素循環起源於多細胞生物，對促進脊椎動物的生理進化和發育具有十分重要的作用。比如，尿素合成可控制魚類如鯊魚、鰩及硬骨魚類體內的鹽分及礦物質，同時對兩棲類和哺乳動物的氨解毒十分關鍵。哺乳動物體內胺基酸脫氨以及腸道內細菌分解含氮物質時會產生氨，這是一種有毒的代謝產物，氨的解毒主要是在肝內合成尿素，隨尿排出體外。動物的尿素循環是細胞碳和氮廢物排出的關鍵，是碳循環和氮循環機制進化的選擇。而氨解毒是陸上生活的先決條件，是高蛋白飲食必要的生化途徑。
現在艾倫及其同事的研究證明，尿素循環在多細胞出現數十億年前已經存在。該小組利用RNA幹擾技術沉默了硅藻關鍵的尿素循環酶。馬克斯普朗克研究所的阿利斯代爾·弗尼則負責評估硅藻的樣本和對照組的尿素循環代謝。艾倫分析數據後，發現尿素循環代謝產物是硅藻細胞碳循環和氮循環的關鍵，其代謝產物，對促進硅藻從營養缺乏狀態中復甦並進行指數性增長十分重要和關鍵。
這項工作還表明，由於具有與動物類似的尿素循環等生化代謝途徑，硅藻與動物的關係可能比植物更密切。（何屹）
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