最近在查资料,偶尔会遇到一些很有意思的生物学现象,也看了一些科普文,希望能够总结记录一下,作为自己的知识储备库,相关资料文末都引用了出处。
在苍茫的海上,上演着这样一段凄美的爱情故事:
隐妹妹:鳍哥哥,我有一打祖传的叶绿体想给你~(害羞脸)
鳍哥哥:可是我只爱红小虫,我只想要它的叶绿体!(傲娇脸)
隐妹妹:那个大坏蛋,哼,还不是借花献佛,拿着我的叶绿体来讨好你嘛,坏虫一只!(生气脸)
红小虫:隐藻妹妹,来呀,我最爱你了,把你的祖传叶绿体给我呀,只有我才能帮你把叶绿体给你的鳍哥哥啊,哈哈~ 哈哈 ~(奸诈脸)
上面的对白看似是一场海洋界的三角恋,实际上暗藏的是一场叶绿体争夺大战。在远离海岸的大洋犹如荒漠,生活在此处的生物竞争异常激烈,在这片水域里,随时上演着适者生存的残酷现实。食物链最底层的浮游生物,为了生存,它们模糊了动植物的界限,个个都变成了捕猎高手,而捕猎的目的就是为了获取叶绿体。叶绿体是光合作用的场所,有了叶绿体就拥有生存的可能。
在上述对白的故事中,三个角色(隐妹妹(隐藻),红小虫(红色中缢虫),鳍哥哥(鳍藻))的虐恋就是一场叶绿体争夺战。让我们细细来了解发生在它们中的故事。
“奴隶主” 和“奴隶”——红色中缢虫和红色隐藻
红色中缢虫是纤毛虫中缢虫属多个种的统称,与其他种的明显区别是它们含有红色内共生色素体,可进行光合营养,是温带海岸带赤潮的主要组成物种,在全世界广泛分布。
既然红色中缢虫可以进行光合营养,那为什么还要称红色中缢虫为“奴隶主”呢?这是因为红色中缢虫进行光合作用的叶绿体来源于它捕食的“奴隶”——红色隐藻。它捕食隐藻后,将隐藻的叶绿体保留在体内进行光合作用,以此合成有机碳来供应自身生长需求,因而光和“奴隶”对其生长和繁衍缺一不可。
红小虫对隐妹妹的奴役远不止这些,除了保留隐藻的叶绿体,它还保留了隐藻的细胞核、线粒体等细胞器,这简直就是一个隐藻回收站,回收隐藻各种“零件”。有研究发现被偷来的隐藻细胞核在红色中缢虫体内竟然还有转录活性,在隐藻缺乏时可以调控体内的叶绿体进行分裂。红色中缢虫,完美地实现了制造叶绿体的可持续发展战略。
最新的研究发现红色中缢虫与隐藻其实是一种共生模式:红色中缢虫一方面帮助隐藻从环境中吸收营养物质供隐藻细胞增殖所用,另一方面又从隐藻的光合产物中获益。原来红色中缢虫是一个如此智慧的奴隶主。
螳螂捕蝉,黄雀在后-神偷鳍藻
有一种专门从红色中缢虫那偷叶绿体的浮游生物,它就是鳍藻。鳍藻,顾名思义,有鳍一样的结构的藻,其实鳍结构是鳍藻的左右沟边翅。鳍藻是一类海洋甲藻,是重要的腹泻性贝毒生产者(贝类发生腹泻的元凶之一)。鳍藻本身并没有叶绿体,是通过摄食红色中缢虫从而获得隐藻的叶绿体,但它不能直接通过摄食隐藻来获取叶绿体。简单来说就是专业黑吃黑,虫吃(隐)藻,(鳍)藻吃虫,虫是一个虫(红色中缢虫),藻可不是一个藻喔!
鳍藻与红色中缢虫一样,也是海洋中严格混养的物种,生长既需要光,也需要捕食猎物。在猎物充足时,鳍藻70-90%的碳都来自猎物;而在猎物稀缺时,叶绿体光合活性可以维持几个月,细胞分裂4-5次;而鳍藻体内长期有功能的叶绿体似乎受鳍藻核基因编码蛋白的调控,可以在胁迫下调节代谢物转运和保护叶绿体的光系统,简单一点儿来说,就是鳍藻的核基因可以调控偷来的叶绿体,并在逆境条件下帮助叶绿体渡过难关。一类无祖传叶绿体的藻竟然有祖传的调控偷盗而来的叶绿体的基因,简直是浮游生物界的“诸葛亮”,未雨绸缪啊!
除了红色中缢虫和鳍藻外,还有千千万万靠盗取其他浮游生物叶绿体生存的浮游生物,如可以同时保留多种藻类叶绿体的急游虫和通过与隐藻内共生获取其光合产物的夜光藻等。这些浮游生物介于动物与植物之间,身兼生产者和消费者双重身份,在海洋微食物环和经典食物链中起着重要的枢纽作用,正是“浮游生物一小口,能量流动一大环”,浮游生物不息,盗叶绿体的大战便不会落幕!
后记:本故事参考了叶绿体争夺战一文。