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第237期:叶绿体争夺战

2017-05-22 | 来源:科普开放部| 【  

  远离海岸的大洋犹如荒漠,资源紧缺,食物匮乏,生活在此处的生物竞争异常激烈,为了生存,大家不择手段、竭尽所能地汲取营养,适者生存,不适者只有被淘汰的命运。 

  今天要讲的是生活在食物链最底层的浮游生物们,为了生存,它们模糊了动植物的界限,各个都变成了捕猎的高手。而捕猎的目的就是为了获取叶绿体,我们都知道叶绿体是制造有机物的重要器官,因此拥有叶绿体就拥有食物,拥有叶绿体就拥有生存的可能。浮游动物从浮游植物那里偷盗叶绿体,某些浮游植物也从别的浮游植物那儿偷盗叶绿体,还有某些浮游植物从偷盗叶绿体的浮游动物那里偷盗叶绿体,唉呀妈呀,究竟是谁偷了谁的叶绿体,好复杂的战争,别急,下面来看看两个具体的战役,您大概就明白是怎么一回事儿啦! 

  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,主要是两个种:Mesodinium rubrumMesodinium major,它们与其他种的明显区别是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。

红色中缢虫(图片来源见水印) 

  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(Geminigera PlagioselmisTeleaulax等)。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。 

  当然,如果只是这样,还不足以称其为奴隶主,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”,那回收这么多“零件”到底有没有用啊?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(3-4次)。看来红色中缢虫吃下隐藻,可不是像我们人类吃棵大白菜消化排泄就完事了,人家吃进去的隐藻在体内还是有活性的,还可以继续给自己打工,生产叶绿体。厉害了!这红色中缢虫,真是浮游生物界的“用藻有方”大咖,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(Mesodinium rubrum)与隐藻(T. amphioxeia)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。厉害了word红色中缢虫,一个如此智慧的奴隶主,竟然会在体内“培育”隐藻了! 

螳螂捕蝉,黄雀在后 

  虽然奴隶主这么(bu)厉(yao)害(lian),但是还有比它更(bu)厉(yao)害(lian)的,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(Dinophysis spp.)。 

形形色色的鳍藻(从左至右分别为倒卵形鳍藻、具尾鳍藻和渐尖鳍藻) 

图片引自郭皓 

  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(它就是我们夏天在海边吃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。哎呦,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(Strombidium rassoulzadegani)和通过与隐藻内共生获取其光合产物的夜光藻(Noctiluca scintillans)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! 

  最后通过一段曲折的爱情故事来结束这次海洋深处叶绿体争夺大战: 

  隐藻:鳍哥哥,我有一打祖传的叶绿体想给你~(害羞脸) 

  鳍藻:可是我只爱红小虫,我只想要它的叶绿体!(傲娇脸) 

  隐藻: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) 

  红色中缢虫: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) 

  我知道你已经看晕掉了,没关系,哇哈哈,再从头看一遍吧! 

  参考文献 

  Qiu D, Huang L, Lin S. Cryptophyte farming by symbiotic ciliate host detected in situ[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2016, 113(43):12208. 

  Stoecker D K, Hansen P J, Caron D A, et al. Mixotrophy in the Marine Plankton[J]. Annual Review of Marine Science, 2016, 9(1). 

  郭皓. 中国近海赤潮生物图谱[M]. 海洋出版社, 2004. 

  黄宗国, 林茂. 中国海洋生物. 1[M]. 海洋出版社, 2012.    

  (声明:本文为原创内容,首发于“武汉植物园自然之声”,转载请务必注明出处及下方二维码。如有非法转载,将追究一切侵权行为。 

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                                            (作者:刘彩霞;编辑:张凡) 

    

    

    

 
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