19世紀末,科學家被他們在某些溫帶海洋動物組織中觀察到的一些“黃色細胞”難住了,這些動物包括???、珊瑚和水母。
共生藻類的“黃色細胞”。| 圖片來源:Matthew R. Nitschke via PennState
他們開始好奇,這些細胞是動物的一部分,還是一類獨立的生物?如果它們真的是一類獨立的生物,那么它們究竟是“寄生蟲”,還是會給宿主帶來一些好處的東西?
1882年,在發(fā)表于《自然》雜志的一篇論文中,愛丁堡大學的生物學家帕特里克·格迪斯(Patrick Geddes)提出,這些細胞不僅是獨立于宿主的截然不同的實體,而且對它們所生活的動物也是有益的。他將它們歸類為一個新的屬,被命名為Philozoon。這個詞來自希臘語phileo和zoon的結合,前者的意思是“友愛”,而zoon則代表“動物”。
34歲的帕特里克·格迪斯的肖像,此時距離他發(fā)現(xiàn)“黃細胞”已經過去了幾年。| 圖片來源:LIBRARYBLOGS.IS.ED.AC.UK via PennState
然而不久之后,格迪斯很快改變了職業(yè)方向, 成了城市規(guī)劃和設計方面的先鋒。隨著時間的推移,格迪斯在生物學上的貢獻基本上被遺忘了,而Philozoon這個名字也鮮少被提及。
如今,在格迪斯的論文發(fā)表一個多世紀后,一組國際研究團隊重新研究了這些“黃色細胞”,這些細胞被確定為共生藻科(Symbiodiniaceae)中的光合藻類,它們也被稱為微藻共生體,能夠幫助動物進行光合作用。
在近日發(fā)表于《歐洲藻類學雜志》的論文中,團隊利用現(xiàn)代技術全面地描述了格迪斯所研究的兩種藻類及6種相關的新藻類,將被“塵封多年”的Philozoon屬再次帶到了我們眼前。
事實上,我們現(xiàn)在已經知道,微生物與大量多細胞生物都存在著共生關系,比如,組成我們人類腸道微生物組的細菌對我們的整體健康至關重要。但對于格迪斯來說,他在那個時代認識到動物體內的“黃細胞”的生態(tài)意義絕對是走在時代前列的。
在新的研究中,團隊從世界各地采集了各種動物樣本,包括軟珊瑚、石珊瑚、水母和??K麄冞€從意大利獲得了一些樣本,那里正是格迪斯首次進行他的原始研究的地方。
來自意大利那不勒斯的水母Cotylorhiza tuberculata體內帶有共生藻類Philozoon medusarum。| 圖片來源:MARCO CANNAVACCIUOLO via PennState
科學家利用遺傳信息、外在的物理形態(tài)特征、生態(tài)特性以及地理分布等特點來定義豐富的Philozoon屬。他們發(fā)現(xiàn),這些藻類存在于大量動物體內,而這些動物的分布格外廣泛,從地中海到新西蘭再到智利都有它們的身影。這一事實讓團隊意識到這些共生體的廣泛存在和分布。
團隊記錄到,在分布范圍的最北和最南的緯度上,Philozoon屬所經歷的水溫在冬季甚至可能低至4攝氏度,而在夏季,最高溫度可以接近32攝氏度。
地中海的單體珊瑚Balanophyllia europaea帶有Philozoon balanophyllum。| 圖片來源:PILAR CASADO-AMEZúA via PennState
共生藻科中的大多數藻類原本被認為是以熱帶藻類為主,在熱帶,它們對珊瑚礁的形成至關重要。因此,在較寒冷的水域中發(fā)現(xiàn)并描述這些新物種強調了這些共生藻類在廣泛的環(huán)境條件下進化和生活的能力。
科學家認為,這些藻類有能力承受很大范圍的溫度,可能是由于它們在上新世晚期和更新世的較冷時期變得更為多樣化。這種對一系列溫度的適應可以保護它們以及與之相關的動物,免受氣候變化的某些影響。類似的,對高緯度環(huán)境的適應可能使Philozoon屬的物種能夠承受未來大氣二氧化碳水平的上升,這也有助于它們抵御海洋酸化的某些影響。
參與研究的生物學家托德·拉熱奈斯(Todd LaJeunesse)指出,盡管在19世紀末,其他一些科學家也在研究這些“黃細胞”,但格迪斯明確地認識到了擺在他面前的證據的全部意義。
在描述細胞和宿主動物之間的聯(lián)系時,格迪斯稱它們?yōu)椤皠游锏匾隆保懙?,“這種聯(lián)系遠比地衣中真菌和藻類的聯(lián)系要復雜得多,它在生理學上確實是獨一無二的,甚至是動植物之間相互作用的最高發(fā)展形式”。格迪斯在當時極力主張,這些藻類是自然界中的共生。
地中海的??鸄nemonia viridis體內發(fā)現(xiàn)了共生藻Philozoon actiniarum。| 圖片來源:PILAR CASADO-AMEZúA via PennState
現(xiàn)在,利用先進的分子遺傳技術,在它們被發(fā)現(xiàn)一個多世紀后,這些藻類的“真面目”終于被揭開。
團隊認為,仔細鑒定和分類共生藻類,對于了解依賴這些生物生存的海洋動物的生物學和進化至關重要。這也為廣泛研究溫帶海洋生態(tài)系統(tǒng)中動物-藻類共生的生態(tài)作用奠定了基礎。
來源:原理
#創(chuàng)作團隊:
編譯:M?ka
#參考來源:
https://news.psu.edu/story/662867/2021/07/01/research/scientists-resurrect-forgotten-genus-algae-living-marine-animals
https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/09670262.2021.1914863
#圖片來源:
封面及文首:Matthew R. Nitschke via PennState
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