它們是植物還是動物?光合作用是怎麼演化而來的?

2020-12-26 百家號

自然界中除了形形色色的動物、植物之外,還有一種半植物半動物特性的奇特微生物。在歌山縣一處海濱,日本筑波大學的一個研究小組發現了一種半植物半動物特性的奇特微生物。

它能夠將自身通過光合作用所獲得的食物資源直接提供給自己食用,研究小組把這種半植物半動物特性的奇特微生物命名為 Hatena(在日語裡是謎的意思)。並把這一重大發現發表在美國《科學》雜誌上,新發現的微生物長約30微米,是單細胞鞭毛蟲的一種,有一個可推動自己行動的小尾巴。

通過對野生 Hatena進行觀察,日本筑波大學的生物學家岡本和井上發現了 Hatena的生命循環是在宿主相與寄主相之間快速轉換的。這種生物體一會兒讓它成為綠色海藻的宿主,一會兒又讓它成為吞噬綠色海藻的寄主。

在轉移的過程中,這種共生體細胞一直保留其細胞核和其他重要的組成,如線粒體和葉綠體。科學家發現,一種綠色海藻細胞寄生在宿主Hacm上,使無色的Hatena看起來為綠色。不過,當這種綠色細胞一分為二的時候,就會產生一種無色子細胞和一種也有一個小尾巴的綠色子細胞。

無色細胞逐漸形成一種用來吞噬新的綠色海藻細胞的「進食口」,也就是一個比較發達的像嘴一樣的器官。當綠色海藻細胞被吞噬的時候,它就失去了自己的小尾巴和自己的外部結構,成為宿主的一部分。而無色細胞吃完海藻後,它就失去了應有的作用,也就退化了。

然後,這種綠色細胞開始自行演化,分裂成的綠色子細胞和無色子細胞,再吃再長,就這樣循環往復地生活著。奇怪的是,這種無色細胞吃的正好是自己的另一半綠色藻類。像食草動物一樣,無色細胞靠吞噬藻類來生存,而綠色的細胞像植物一樣,靠光合作用生存。

從這些進程中可以看出:無論是宿主生物體還是共生細胞,它們都在進行光合作用。這種「半植半獸」的微生物,在宿主和共生體細胞之間的快速轉變,可能在光合作用演化過程中起到了關鍵作用,從而推動了植物和海藻的進化。

研究小組得出結論:這種微生物一半依靠從母體那裡繼承的藻進行光合作用,產生能量維持生存,屬於「植物型」;另一半靠捕食藻類作為能量來源而生存,屬於「動物型」。這種生命現象導致海藻進化出一種吞噬細菌的方法,最終使海藻進化出自己的葉綠體來進行光合作用。這一過程是怎樣發生的,目前還是一個未解之謎。

不過,人們對這種「半植半獸」微生物的發現,可能揭示了海洋單細胞生物向植物進化過程中的重要一環,從而有助於理解植物是如何產生光合作用的。自有生命以來,極為重要的化學反應之一便是光合作用,它把陽光的能量轉移成化學能,受惠的是地球上的所有生命。人類需要的很多生活資料都是靠光合作用產生的,沒有光合作用,就沒有人類的生存與發展麼,光合作用是怎麼演化來的呢?這也是科學家一直探尋的未解之謎。

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