[动物趣闻] 奇特生物一半是植物一半是动物

冬日阳光

■漫画/冷洁

       日本筑波大学的一个研究小组在和歌山县一处海滨发现了一种半植物半动物特性的奇特微生物，其进行光合作用所获得的食物资源直接提供给自己食用，此一半寄主一半宿主的生长过程正好解释了光合作用的起源与发展，揭开了在10亿年前发生的光合作用的演化之谜。

　　光合作用是有生命以来发展出的最重要化学反应之一，它把阳光的能量转移成化学能，受惠的是整个地球上的生命。人类所需要的多种生产生活资料都是由光合作用产生的，如果没有光合作用就不会有人类的生存与发展。然而，光合作用是如何演化而来的？这一直是科学家不断探寻的未解谜团。

冬日阳光

　　一边寄生着海藻一边吞噬海藻，形成一种新的生命形式

　　研究小组将新发现的生物命名为Hatena（在日语里是谜的意思）。这一发现发表在10月14日出版的美国《科学》杂志上。新发现的微生物长约30微米，是单细胞鞭毛虫的一种，有一小尾巴可推动自己行动。日本筑波大学的生物学家冈本和井上通过对野生Hatena海藻进行观察，看到了Hatena的生命循环是在宿主相与寄主相之间快速转换。此生物体一会儿可以让它成为绿色海藻的宿主（携带或养育着另一种有机体的某个动物或植物），一会儿又可以让它成为吞噬绿色海藻的寄主。在此转移过程中，此共生体细胞一直保留其细胞核和其它重要的组成，如线粒体和叶绿体。科学家发现，作为宿主，一种称为肾爿藻属的绿色海藻细胞寄生在Hatena上，使无色的Hatena看起来为绿色。然而，当这种绿色细胞一分为二时，就会产生一种无色子细胞和一种也有一个小尾巴的绿色子细胞。无色细胞逐渐形成一种用来吞噬新的绿色海藻细胞的“进食口”———一个比较发达的像嘴一样的器官。绿色海藻细胞一旦被吞噬，它就失去了自己的小尾巴和自己的外部结构，成为宿主的一部分。而无色细胞吃完海藻后，它就用不着了，也就退化了。之后，此绿色细胞自行演化，分裂成的绿色子细胞和无色子细胞，再吃再长，从而周而复往地生活着。令人惊奇的是，这无色细胞吃的正好是自己的另一半———绿色藻类。像食草动物一样，无色细胞靠吞噬藻类来生存，而绿色的细胞像植物一样，靠光合作用生存。研究小组得出结论，这种微生物一半“植物型”，依靠从母体那里继承的藻进行光合作用，产生能量维持生存；另一半为“动物型”，靠捕食藻类作为能量来源而生存。研究小组的井上教授介绍说，这种“半植半兽”微生物的发现可能揭示了海洋单细胞生物向植物进化过程中的重要一环，从而有助于理解植物是如何产生光合作用的。

　　光合作用不是起源于植物和海藻，而是起源于细菌

　　从这些进程中能够很明显地看出，无论是宿主生物体，还是共生细胞，它们都在光合作用。此“半植半兽”微生物在宿主和共生体细胞之间的快速转变可能在光合作用演化过程中起过关键作用，推动了植物和海藻的进化。虽然目前科学家还不能培养野生Hatena来完全研究清楚他的生命周期，但是这一阶段的研究可能会为搞清楚什么使得叶绿体成为细胞永久的一部分提供了一些线索。科学家认为，此生命现象导致海藻进化出一种吞噬细菌的方法，最终使海藻进化出自己的叶绿体来进行光合作用。然而，这一过程到底是怎样发生的，目前还是一个不解之谜。从此研究发现可以看出，光合作用不是起源于植物和海藻，而是最先发生在细菌中。正是因为细菌的有氧光合作用演化造成地球大气层中氧气含量的增加，从而导致复杂生命的繁衍达十亿年之久。在其他的实验中，冈本和井上教授尝试了喂给Hatena其他的海藻，想看看它是否会有同样的反应。但是，尽管它也吞噬了海藻，却没有任何改变的过程。这说明在这两者之间存在着某种特殊的关系。判断出这种关系是否是基因决定的将是科学家需要解决的下一个难题。

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光合作用的基因可能同源，但演化并非是一条从简至繁的直线科学家罗伯持·布来肯细普曾在《科学》杂志上发表报告说，我们知道这个光合作用演化来自大约25亿年前的细菌，但光合作用发展史非常不好追踪，且光合微生物的多样性令人迷惑，虽然有一些线索可以将它们联系在一起，但还是不清楚它们之间的关系。为此，布来肯细普等人通过分析五种细菌的基因组来解决部分的问题。他们的结果显示，光合作用的演化并非是一条从简至繁的直线，而是不同的演化路线的合并，靠的是基因的水平转移，即从一个物种转移到另一个物种上。通过基因在不同物种间的“旅行”从而使光合作用从细菌传到了海藻，再到植物。布来肯细普写道：“我们发现这些生物的光合作用相关基因并没有相同的演化路径，这显然是水平基因转移的证据。”他们利用BLAST检验了五种细菌：蓝绿藻、绿丝菌、绿硫菌、古生菌和螺旋菌的基因，结果发现它们有188个基因相似，而且，其中还有约50个与光合作用有关。它们虽然是不同的细菌，但其光合作用系统相当雷同，他们猜测光合作用相关基因一定是同源的。但是否就是来自Hatena，还有待证实。然而，光合作用的演化过程如何？为找到此答案，布来肯细普领导的研究小组利用数学方法进行亲缘关系分析，来看看这5种细菌的共同基因的演化关系，以决定出最佳的演化树，结果他们测不同的基因就得出不同的结果，一共支持15种排列方式。显然，它们有不同的演化史。他们比较了光合作用细菌的共同基因和其它已知基因组的细菌，发现只有少数同源基因堪称独特。大多数的共同基因可能对大多数细菌而言是“日常”基因。它们可能参加非光合细菌的代谢反应，然后才被收纳成为光合系统的一部分。

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光合作用传统定义

　　植物利用阳光的能量，将二氧化碳转换成淀粉，以供植物及动物作为食物的来源。叶绿体由于是植物进行光合作用的地方，因此叶绿体可以说是阳光传递生命的媒介。

　　1773年，英国科学家普利斯特利做了一个有名的实验，他把一支点燃的蜡烛和一只小白鼠分别放到密闭的玻璃罩里，蜡烛不久就熄灭了，小白鼠很快也死了。

　　接着，他把一盆植物和一支点燃的蜡烛一同放到一个密闭的玻璃罩里，他发现植物能够长时间地活着，蜡烛也没有熄灭。

　　他又把一盆植物和一只小白鼠一同放到一个密闭的玻璃罩里。他发现植物和小白鼠都能够正常地活着，于是，他得出了结论：植物能够更新由于蜡烛燃烧或动物呼吸而变得污浊了的空气。（王金元）


来源：北京科技报