在對蠑螈的一項實驗裡，科學家發現產生氧氣的海藻可與蠑螈的卵緊密地結合在一起，以至它們兩者無法分離。科學家通過合併人類DNA和海藻，試圖尋找人類在水下呼吸的一種最佳途徑。
基本介紹
- 中文學名：蠑螈共生藻
- 界：藍藻界
- 發現日期：2010年7月28日
- 功能：產生氧氣
簡介,科學研究,共生原因推測,科研意義,疑問,
簡介
很早以前人們就知道斑點蠑螈和叫做Oophilia amblystomatis的單細胞綠藻存在共生關係。但是這種共生，一直以來被認為只發生於蠑螈胚胎和綠藻的外部——胚胎產生富含氮的廢物去是綠藻的營養，同時綠藻的光合作用增加了胚胎周圍用來呼吸的水體中的氧含量。
加拿大加爾豪西大學的瑞安·克尼（Ryan Kerney）在研究一些發著綠光的小球體——斑點蠑螈（(Ambystoma maculatum)）的胚胎時，他注意到這些淡綠色不但來自於圍繞在他們周圍的膠質膜，同時也來自於胚胎本身。
2010年7月28日在烏拉圭召開的第九屆國際脊椎動物形態學會議上，克尼對這一發現做了報告，他指出這種綠藻實際上遍布斑點蠑螈身體各處細胞內部。此外，有跡象顯示細胞內部的綠藻可以直接為蠑螈細胞提供光合作用的產品——氧氣和碳水化合物。
此外，成年雌性斑點蠑螈的輸卵管內也有綠藻存在，也是膠狀胞囊形成的地方。這一個發現表明共生藻可能是由母親通過膠狀胞囊傳遞給下一代的。
科學研究
在對蠑螈的一項實驗中，發現產生氧氣的海藻可與蠑螈的卵緊密地結合在一起，以至它們兩者無法分離。通過未來更深入地展開研究，他們希望有一天能夠將海藻和人類DNA結合在一起，這將使人類具備水棲能力，能夠像哈利·波特吃了魚鰓草一樣在水中不必露出水面換氣。
在這項最新研究中，科學家計畫改變人類的DNA細胞，並使它更像海藻，實際上可釋放出氧氣。來自加拿大達爾豪斯大學的研究人員發現，自人類誕生以來，人類DNA細胞吸收了數百種病菌。在對蠑螈的實驗中，海藻能夠進入到蠑螈胚胎，從一定意義上講，蠑螈已是半植物體。伴隨著蠑螈的成長，其體內的海藻並不會排出體外，這意味著半植物體蠑螈能夠逐漸發育成熟。
這是首次記錄的脊椎動物與植物的共生關係，科學家稱，未來生物工程師可使用海藻作為其它有機生物的氧氣來源，並與人類身體完美地結合在一起。這項研究發表在出版的美國《國家科學院院刊》（PNAS）上。
英國《自然》雜誌網站指出，加拿大科學家在蠑螈的細胞內觀察到一種能進行光合作用的藻類，首次發現脊椎動物細胞也能進行光合作用。新發現有助於研究脊椎動物細胞的自體識別能力是怎樣形成的。
加拿大達爾豪斯大學的瑞恩·柯內在研究斑點蠑螈的胚胎時意外獲得了這一新發現。蠑螈的胚胎卵就像翡翠小球，這種明亮的翠綠色來自於胚胎本身以及包裹著胚胎的膠狀胞囊，由一種名為Oophila amblystomatis的單細胞藻類產生。長期以來，人們認為這種藻類和斑點蠑螈在發生共生關係時，藻類在蠑螈胚胎外部，蠑螈在水中產卵，胚胎產生富氮廢棄物被藻類利用，而胚胎呼吸時，藻類立即在水中產生氧氣。
而在2010年7月28日於烏拉圭埃斯特角城召開的第九屆國際脊椎動物形態學大會上，柯內作報告時卻指出，這些藻類遍布於蠑螈體細胞及胚胎細胞內部，直接在細胞內進行光合作用，生成氧氣和碳水化合物。這樣密切的共生關係，此前只在一些無脊椎動物如珊瑚中被發現存在，而從未在脊椎動物中發現過。
柯內最開始對一個還沒孵化的蠑螈胚胎進行長時間螢光照射後，觀察到胚胎細胞內含有葉綠素。他接著用透射電子顯微鏡（TEM）進一步仔細觀察後發現，蠑螈細胞內的藻類周圍都環繞著一些線粒體，而線粒體正是氧氣和葡萄糖結合產生能量的場所。線粒體聚集在藻類細胞周圍可能是為了更快捷地利用這些光合作用細胞產生的氧氣和碳水化合物。
理論上講，脊椎動物細胞含有調節適應性的免疫系統，會殺死無法識別的異己生物，所以藻類想要固定地共生在蠑螈細胞內部幾乎不可能。而研究人員對這新發現的解釋是，要么蠑螈的細胞關閉自體免疫系統，要么藻類有效避開這一免疫機制。
柯內還發現，成年雌性斑點蠑螈的輸卵管內也有綠藻存在，是膠狀胞囊形成的地方。這個發現說明共生藻可能是由母親通過膠狀胞囊傳遞給下一代的。
美國加州大學伯克利分校的退休教授大衛·維克說，如果藻類真的能進入生殖細胞，脊椎動物細胞會殺死體內異己生物的觀點將受到嚴重挑戰，並有助於研究脊椎動物細胞的自體識別能力是怎樣形成的。蠑螈已經分化的具有專門功能的細胞還能繼續分裂轉變成其他細胞，因此具有特有的超強再生能力，從而在進化中形成和其他脊椎動物不同的自體識別能力。
共生原因推測
兩個物種是如何發展成這種共生關係還不得而知。但是克尼正在探索綠藻是怎么進入蠑螈細胞的，一些早期的發現對此提供了幫助。
加利福尼亞大學聖克魯茲分校的海洋分子生物學家琳達·戈夫（Lynda Goff）研究這對生物已經有30年之久，她的研究表明，除去其它因素，周圍膠狀胞囊缺少藻類的胚胎孵化遲緩。“我們發現隨著蠑螈胚胎的發育，藻類細胞的數量成對數增加。”她說。
藻類對數增加意味著它們或者是在胚胎髮育的時候快速分裂，或者是從外部迅速進入膠體或胚胎。 那么藻類是如何進入蠑螈胚胎的呢？可能在胚胎神經系統開始形成的時候。會議中克尼展示印第安那大學的羅傑·甘傑特（ Roger Hangarter ）製作的一個延時視頻，顯示胚胎每個發育階段鄰近它的綠色螢光。
這些為螢光是快速繁殖的藻，這可能為由胚胎釋放出的富含氮的廢物引起的。如果廢物能釋放出來，那么肯定有一種方式可以進入、並且藻類的數量爆發大大增加進入胚胎的機會。 這也可以解釋為什麼以前那么多研究者都沒有在斑點蠑螈中發現共生藻：他們研究的胚胎大都沒有和藻類爆發的時期一致，因此細胞內的藻很少。 不過這並不表明胚胎的早期階段就不含有藻。
克尼的一個最奇妙的發現是成年雌性斑點蠑螈的輸卵管內也有綠藻存在，那裡也是膠狀胞囊形成的地方。這個發現表明共生藻可能是由母親通過膠狀胞囊傳遞給下一代的。 “我很奇怪如果藻類真的能進入生殖細胞，”加州大學伯克利分校的退休教授大衛·韋克（David Wake）觀看了克尼的展示後說，“那它對脊椎動物細胞會處理掉外來的生物物質的信條將是一個很大挑戰。但是為什麼不能呢？”
韋克和西班牙國家自然科學博物館專門研究蠑螈的大衛·巴克利都認為這項工作可能告訴我們更多關於脊椎動物細胞的自身識別是如何形成的。因為蠑螈可以的四肢可以再生，成年蠑螈幾乎所有的細胞在一生中都具有一定程度的多能性——已經分化的具有專門功能的細胞還能繼續分裂轉變成其它類型的細胞。 成年蠑螈已分化細胞能夠在體內容納藻類可是因為他們學習的自識別與其它脊椎動物不同。“這讓我很想知道是否其它已知的與藻類外共生的蠑螈細胞內也含有藻類，”參與會議的辛辛那提大學發育生物學家丹尼爾·巴克霍爾茲（Daniel Buchholz）說，“我認為如果人們開始尋找我們可能會發現更多的例子。”
這些是螢光是快速繁殖的藻，這可能是由胚胎釋放出的富含氮的廢物引起的。如果廢物可以釋放出來，那么肯定有一種方式可以進入——並且藻類的數量爆發大大增加了進入胚胎的機會。
科研意義
因為脊椎動物細胞有適應免疫系統——它們把認為不是自身的生物材料破壞掉——所以要在脊椎動物細胞內穩定的共生被認為是不可能的。那這種情況怎么會發生呢？要么是蠑螈細胞關閉了他們內部的免疫系統，要么是綠藻繞開了免疫系統。
疑問
理論上講，脊椎動物的細胞含有調節適應性的免疫系統，它會殺死無法識別的異己生物，因此藻類想要固定地共生在蠑螈細胞內部幾乎不可能。而研究人員對這一新發現的解釋是，要么蠑螈的細胞關閉了自體免疫系統，要么藻類有效避開了這一免疫機制。
