Cell重磅發現:新型細胞器靠竊取葉綠體讓動物擁有光合作用能力

2025年06月26日15:32:06 科學 1690


植物 動物 ,是兩類截然不同的生物,植物的最大特點是可以通過 葉綠體 進行光合作用,利用陽光、水分和 CO 2 就能自由生長。而自然界中也有一些神奇的動物,例如 海蛞蝓 ,能夠將吃下的藻類中的葉綠體變成自己身體的一部分,從而化身一個會光合作用的動物,甚至長時間內不再需要進食。


然而,這種神奇的 動物光合作用 animal photosynthesis 的具體機制,目前仍不清楚。


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一種海蛞蝓


2025 年 6 月 25 日,哈佛大學的研究人員在國際頂尖學術期刊 Cell 上發表了題為: A host organelle integrates stolen chloroplasts for animal photosynthesis 的研究論文。


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真核生物在大約十億年前進化而來,當時的古老細胞吞噬並整合了原核生物,從而形成了現代的 線粒體 葉綠體


Sacoglossan 是一類特殊的海蛞蝓,它們具有一種神奇的能力——能夠選擇性保留攝取的藻類中的葉綠體,並將這些葉綠體整合到自身細胞中,這些葉綠體能夠在長達一年的時間裡保持光合作用能力。然而,這種“動物光合作用”的具體機制,目前仍不清楚。


在這項最新研究中,研究團隊發現,海蛞蝓攝取的外來葉綠體並非在細胞內自由漂浮,而是被一層薄膜包裹着,研究團隊將這種包裹葉綠體的新型細胞器命名為——“ 盜食體 Kleptosome)


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盜食體利用 ATP 敏感型離子通道來維持一種腔內環境,這種環境有利於葉綠體光合作用的進行並延長其壽命。而當海蛞蝓飢餓時,它們會由綠色變成橙色——這是因為盜食體消化了其中儲存的葉綠體以獲取營養,從而將其作為食物來源。


盜食體的發現不僅闡明了這些光合動物是如何利用盜竊來的葉綠體維持光合作用的,還展現了動物細胞在面臨進化壓力時的靈活性。

利用這一發現,研究團隊 進一步發現,光合作用相關的 細胞器保留與消化機制 在包括珊瑚海葵在內的其他光合動物中 獨立演化 趨同進化 ,形成了類似的生物學策略。


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總的來說, 這項研究揭示了 細胞內共生體如何被宿主長期獲取,並通過進化整合為具有複雜功能的細胞器。


值得一提的是,這項研究和許多發現一樣,開始於一個錯誤的轉折, 論文通訊作者 Nicholas Bellono 最初對海蛞蝓產生興趣是因為他聽水族愛好者說某些海蛞蝓會吃掉珊瑚併產生熒光,這說明它們可能通過某種方式竊取了發光蛋白,然而,他沒能找到這種海蛞蝓,而是發現了以藻類為食的海蛞蝓及其神奇的光合作用特性,於是他轉而研究竊取葉綠體的海蛞蝓,從而打開了另一個全新的世界。

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