这种海洋藻类是第一种已知的从空气中提取氮气的真核生物

是时候欢迎一种新型细胞加入生物俱乐部了，它可以从大气中获取氮。

到目前为止，唯一被认为可以从空气中提取氮气并将其转化为生物有用形式的生命形式是细菌和古细菌。但在单细胞海洋藻类中发现特殊的氨工厂研究人员在 4 月 12 日报告中将真核生物（具有称为细胞器的膜结合结构的生物体）添加到了列表中科学。

科学家们说，这个工厂曾经是一种细菌，大约一亿年前开始生活在藻类内部，后来进化成了宿主的氮捕获机器。它曾经是一个共生体，现在是细胞的众多细胞器之一。

固氮，即大气中的氮气转化为氨，(序列号：2017 年 4 月 28 日）。生物体需要获取含氮化合物来合成必需的生化物质。具有这种能力的细菌和古细菌通常在土壤或海洋等水生环境中进行气体精炼。

加利福尼亚大学圣克鲁斯分校的海洋生态学家乔纳森·泽尔说，其中一种被称为 UCYN-A 的细菌广泛分布在世界海洋中，对海洋固氮非常重要。这些细菌也被认为是生活在单细胞藻类中的共生体毕格罗氏球菌及其亲属。

然而，共生体和细胞器之间的界限可能是模糊的。 Zehr 和同事着手更好地了解 UCYN-A 在该范围内的位置。

通过 X 射线成像，研究小组首先了解到，当藻类细胞分裂时，其所有细胞器会排列成一条线，并按照明确的顺序轮流分裂。 “这个共生体参与了这个序列，”加州大学圣克鲁斯分校的海洋生物学家泰勒·科尔说。 “它以某种方式得到了与其他细胞器按时分裂的提示。”

接下来，研究人员分析了藻类和 UCYN-A 共生体产生的全套遗传指令和蛋白质——基因组和蛋白质组。 “这个共生体中物理存在的蛋白质大约有一半来自宿主基因组，”科尔说。这些补充蛋白质似乎填补了细菌关键代谢途径的空白，表明它依赖于藻类细胞的蛋白质来发挥作用。

与此相符，许多细菌蛋白质都含有特殊的氨基酸链。分子生物学家约翰·阿奇博尔德（John Archibald）没有参与这项工作，他将它们描述为细胞内运输蛋白质的“邮票”。存在一个类似的系统，用于将宿主细胞基因组编码的蛋白质路由到线粒体和叶绿体（细胞器）中(SN: 11/5/18）。

“数据清楚地表明，这两个细胞已经共同进化了一段时间，”新斯科舍省哈利法克斯市达尔豪斯大学的阿奇博尔德说。

研究人员认为，所有这些特征表明 UCYN-A 不仅仅是一种共生体，而且已经进化成一种细胞器：硝基体。

“蛋白质进口确实是确凿无疑的证据，”未参与这项研究的德国波恩大学分子生物学家奥利弗·卡斯帕里 (Oliver Caspari) 说道。他说，这种进口意味着一定程度的相互依赖，标志着细菌作为一种细胞器。

硝基塑料是已知的四种共生微生物进化成宿主细胞机器中的齿轮的例子之一。特别是，叶绿体和线粒体早在 20 亿年前就由微生物共生体进化而来。先前对 UCYN-A 进化史的研究表明它与藻类的关系要晚得多——大约有 1 亿年历史。

这意味着硝基体可以提供线粒体和叶绿体如何运作的快照(序列号:2018 年 11 月 5 日）。科尔说，研究人员长期以来一直认为这个过程涉及共生体基因组迁移到宿主的核基因组中，但硝基体中似乎没有证据表明这一点。相反，宿主的基因组可能会支持共生体，直至共生体自身的基因组逐渐消失。

“如果基因被定位并且它们的蛋白质被导入到这些细胞器中，那么它们的基因组就可以自由地丢失这些基因，”科尔说。 “也许这就是共生体被驯化的机制。”