氮是地球上所有生命必需的营养物质。尽管氮气 (N 2 ) 很丰富，但如果没有称为固氮的过程(将二氮转化为铵——一种主要的无机氮源)，大多数生物体基本上无法获得氮气。

虽然有些细菌能够将二氮还原为铵，但罗德岛大学、巴塞罗那德尔马研究所、加州大学圣克鲁斯分校和麻省理工学院的研究人员发现了具有固氮共生生物的行为类似于细胞器。事实上，研究人员认为这些共生生物——UCYN-A，一种蓝细菌——可能正在进化出类似细胞器的特征。

他们的研究最近发表在《细胞》杂志上。

UCYN-A 与一组密切相关的海洋藻类 B. bigelowii 存在共生关系，生活在营养物质通常较低的公海区域。当有固定氮源时，大多数固氮细菌都有调节二氮使用的机制，从而减轻了这一过程的高能量成本。然而，UCYN-A 已经失去了允许这种情况的基因，并且即使在营养丰富的环境中也能够将氮气固定为铵。反过来，宿主通过其叶绿体为其提供光合作用固定的碳。

该研究详细介绍了研究人员如何发现 UCYN-A 与其共生伙伴细胞之间的大小关系——与其他细胞器与其宿主之间的大小关系一致。随着细胞器变大，它们的宿主细胞也变大——最终分裂和复制。数学模型揭示了通过营养获取和交换调节相对细胞大小的代谢权衡。

“它需要大量的能量和电子来固定氮气，使其变成有用的东西，”URI 海洋学研究生院海洋学助理教授、该研究的主要作者之一 Keisuke Inomura 说。 “如果 UCYN-A 沿着进化路径发展成固氮细胞器，并且我们发现除 B. bigelowii 之外的细胞也有这样的细胞器，或者正在类似地进化，那么它可能会改变游戏规则。”

虽然线粒体和叶绿体等细胞器在进化谱上走得更远，但研究人员认为，他们所看到的可能是细菌源性固氮细胞器进化过程的快照。

“我们的研究重点是大约 1 亿年前出现的一种更近的共生关系，使我们能够探索细胞器形成的早期阶段的进化，”海洋系博士后研究员、共同主要作者弗朗西斯科·科内霍 (Francisco Cornejo) 解释道。海洋科学研究所的生物学和海洋学。

然而研究人员指出，还需要更多的研究来证明情况是否如此。

“UCYN-A 与其宿主之间令人惊讶的紧密关系可以用合作伙伴的资源经济来解释。这表明 UCYN-A 可能正在成为一个细胞器：是否可能已经如此，这是一个主题。正在进行的研究，”麻省理工学院地球、大气和行星科学教授、研究团队成员迈克尔·J·弗洛斯(Michael J. Follows)说。

版权说明：本站所有作品图文均由用户自行上传分享，仅供网友学习交流。若您的权利被侵害，请联系我们

标签：