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叶绿体“二进宫”:生命进化也讲拿来主义

来源:科学时报
摘要:生命进化有时就像打开一个“俄罗斯套娃”。叶绿体——一种能够进行光合作用的细胞器官——曾经是一类独立的微生物,但后来却被另一种微生物吞噬,或者说征服,这一事件为植物和藻类的进化铺平了道路。如今,一种叶绿体基因组的测序结果显示,后一个过程在生物的进化过程中至少发生了两次。chlorarachniophytes也能够进行......

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        生命进化有时就像打开一个“俄罗斯套娃”。叶绿体——一种能够进行光合作用的细胞器官——曾经是一类独立的微生物,但后来却被另一种微生物吞噬,或者说征服,这一事件为植物和藻类的进化铺平了道路。经过漫长的岁月,在一类名为二次内共生的过程中,掠食性原生动物又吞下了这些绿藻。如今,一种叶绿体基因组的测序结果显示,后一个过程在生物的进化过程中至少发生了两次。  

        这项研究将目光聚集在chlorarachniophytes上,这是一种生有鞭毛的阿米巴状细胞,它们彼此通过将线状的鞭毛连接起来从而形成一张“大网”,用来捕捉那些可怜的猎物,例如其他原生动物(它们被称为“希腊人”,意为“绿色蜘蛛”)。chlorarachniophytes也能够进行光合作用,在原生动物的进化历史中,它是两种通过吞噬绿藻而获得叶绿体的原生动物之一。另一类原生动物名为鞭毛虫。  

        研究人员对于这两种原生动物究竟是如何获得绿藻的存有异议。一些人认为,这一过程与它们的一个共同祖先有关,而另一些科学家则相信,它们分别通过各自的途径获得了绿藻。对chlorarachniophytes进行研究是一件很有趣的事,因为这些微生物依然保留有一些绿藻的细胞核,这意味着二次内共生的过程还在进行之中。

        加拿大温哥华市大不列颠·哥伦比亚大学的进化生物学家Patrick  Keeling和他的同事对一种chlorarachniophyte——Bigelowiella  natans——的叶绿体基因组进行了测序。该基因组仅由69200个碱基构成,并且包含有57个蛋白质编码基因,是已知最小的叶绿体。Keeling在2007年1月出版的《分子生物学与进化杂志》上报告了这一研究结果。将其与来自绿藻和鞭毛虫的叶绿体序列进行比较后发现,chlorarachniophytes的叶绿体是独立获得的,其来源可能是浮在死水上的绿藻。来自英国牛津大学的Thomas  Cavalier-Smith推断,这一过程可能发生在距今3.8亿年到1.35亿年前。如果这种内共生现象仅仅出现一次,那么这些微生物应该在距今5.4亿年前就能够进行光合作用了。  

        加拿大哈利法克斯市达尔豪西大学的比较基因组学家John  Archibald表示:“这是一些在远古发生的事件,它对于描述内共生现象的进化历史提出了挑战。”Archibald指出,新的研究结果“似乎有力地证明了”绿藻至少被掠食性原生动物吞噬了两次。
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