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太阳能培育胚胎
2020-01-05

1888年,生物学家亨瑞欧瑞在一个沼泽湖泊中找到了一些有斑点的蝾螈卵,有些卵甚至是绿色的。当时,亨瑞在笔记中写道,蝾螈卵内膜上有一层均一明亮的绿色,附着在膜上的绿色是细小的球形绿藻。欧瑞认为,这是蝾螈与绿藻共生的最好证据。蝾螈与绿藻相互依存保持一种共生的关系。

欧瑞的结论是正确的,蝾螈卵与绿藻形成了合作伙伴关系,不过他在一个关键问题上的意见却是错误的。他认为,绿藻仅仅是很巧地在蝾螈卵附近,因此而形成了共生关系。其实事实不是这样。

120年后,达尔毫西大学的瑞安凯尔发现绿藻实际上是主动侵入蝾螈卵细胞的,并且成为蝾螈胚胎的一部分,共同生长。

绿藻在胚胎里面定居,蝾螈胚胎通过绿藻可以利用太阳能,它成为了可以利用太阳能的动物之一,过着像植物一样直接从太阳获取能量的生活。

带有斑点的蝾螈胚胎不是唯一与绿藻形成共生关系的动物。翡翠绿海参摄取绿藻后会从绿藻基因组中窃取绿藻的光合作用基因。珊瑚礁同样也与绿藻构成共生关系,通过绿藻获取能量。许多其他的动物,从海绵到蠕虫都有类似的共生生活模式。不过,蝾螈是唯一的有共生关系的脊椎动物。

自从欧瑞发现这个现象后,几个科学家开始仔细研究蝾螈胚胎与绿藻的共生模式。研究发现,有绿藻的蝾螈卵更容易孵化出蝾螈,孵化所需的时间更短,并且有绿藻的胚胎孵化的蝾螈更大,发育得更好。这个过程依赖太阳光,绿藻需要太阳光来光合作用合成营养,并且提供氧气给蝾螈胚胎。如果蝾螈胚胎沉入黑暗中,那么它们无法获得绿藻。作为回报,蝾螈发育过程中的排泄物全部奉献给了绿藻,如果绿藻不小心进入一个没有受精的卵细胞中那么绿藻也无法生长。

看上去这些关系已经被理清,不过科尼尔是第一个展示绿藻所在的科学家。他观察了很多绿色的蝾螈胚胎。他应用实践推移录像技术记录蝾螈胚胎的整个发育过程,他在蝾螈胚胎发育约2个星期后,绿藻进入蝾螈胚胎时开始记录。随后,科尼尔对胚胎内的绿藻进行测序,并且将绿藻从胚胎中取出。最后,科尼尔在绿藻的DNA上贴上一个发光的分子,然后再放入胚胎中。结果发现,整个蝾螈的身体都在发光。

蝾螈胚胎孵化后,从幼虫到成虫阶段,大部分绿藻消失了。成年蝾螈的身体是不透明的,它们大部分时候生活在地底下,这是一个不利于绿藻的环境。科尼尔认为,在黑暗环境中,绿藻慢慢死去,最后留给蝾螈一顿丰盛的盛宴,也算是绿藻给蝾螈最后的恩惠。

绿藻如何进入蝾螈卵一直是一个谜。也许绿藻会追踪蝾螈的排泄物来寻找受精卵。一旦找到,绿藻们就从胚孔进入胚胎。有些时候绿藻是可以被蝾螈世代传承的,科尼尔在几个雌性蝾螈体内的输卵管里找到了绿藻的DNA。这与前面绿藻从胚孔进入胚胎有些矛盾,不过也许世代相传是另一种方式,蝾螈妈妈将绿藻跟随卵细胞排除体外,帮助胚胎生长。

在脊椎动物界,蝾螈的这种共生十分独特。正常情况下,脊椎动物的免疫系统会攻击外来的生物,绿藻进入蝾螈胚胎应该被免疫系统清除。科学家们猜测,蝾螈例外可能有两种可能。其一,也许绿藻在免疫系统发育前就已经进入胚胎。第二,也许蝾螈有独特的免疫体系。这一点与蝾螈的独特再生能力也许有关,蝾螈能迅速再生身体断掉的肢体,这意味着它们识别自身细胞的模式与其他动物不同。也许正是这种松弛的识别体系给绿藻提供了机会。

还有一个终极的,更简单的可能性。没有人找到其他依赖太阳能的动物,仅仅是因为其他人没有仔细观察。现在科尼尔已经开了一个好头,也许以后会有其他科学家发现类似的动物

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