[科普中国]-蝾螈共生藻

在对蝾螈的一项实验里，科学家发现产生氧气的海藻可与蝾螈的卵紧密地结合在一起，以至它们两者无法分离。科学家通过合并人类DNA和海藻，试图寻找人类在水下呼吸的一种最佳途径。

简介很早以前人们就知道斑点蝾螈和叫做Oophilia amblystomatis的单细胞绿藻存在共生关系。但是这种共生，一直以来被认为只发生于蝾螈胚胎和绿藻的外部——胚胎产生富含氮的废物去是绿藻的营养，同时绿藻的光合作用增加了胚胎周围用来呼吸的水体中的氧含量。

加拿大加尔豪西大学的瑞安·克尼（Ryan Kerney）在研究一些发着绿光的小球体——斑点蝾螈（(Ambystoma maculatum)）的胚胎时，他注意到这些淡绿色不但来自于围绕在他们周围的胶质膜，同时也来自于胚胎本身。

2010年7月28日在乌拉圭召开的第九届国际脊椎动物形态学会议上，克尼对这一发现做了报告，他指出这种绿藻实际上遍布斑点蝾螈身体各处细胞内部。此外，有迹象显示细胞内部的绿藻可以直接为蝾螈细胞提供光合作用的产品——氧气和碳水化合物。

此外，成年雌性斑点蝾螈的输卵管内也有绿藻存在，也是胶状胞囊形成的地方。这一个发现表明共生藻可能是由母亲通过胶状胞囊传递给下一代的。

科学研究在对蝾螈的一项实验中，发现产生氧气的海藻可与蝾螈的卵紧密地结合在一起，以至它们两者无法分离。通过未来更深入地展开研究，他们希望有一天能够将海藻和人类DNA结合在一起，这将使人类具备水栖能力，能够像哈利·波特吃了鱼鳃草一样在水中不必露出水面换气。

在这项最新研究中，科学家计划改变人类的DNA细胞，并使它更像海藻，实际上可释放出氧气。来自加拿大达尔豪斯大学的研究人员发现，自人类诞生以来，人类DNA细胞吸收了数百种病菌。在对蝾螈的实验中，海藻能够进入到蝾螈胚胎，从一定意义上讲，蝾螈已是半植物体。伴随着蝾螈的成长，其体内的海藻并不会排出体外，这意味着半植物体蝾螈能够逐渐发育成熟。

这是首次记录的脊椎动物与植物的共生关系，科学家称，未来生物工程师可使用海藻作为其它有机生物的氧气来源，并与人类身体完美地结合在一起。这项研究发表在出版的美国《国家科学院院刊》（PNAS）上。1

英国《自然》杂志网站指出，加拿大科学家在蝾螈的细胞内观察到一种能进行光合作用的藻类，首次发现脊椎动物细胞也能进行光合作用。新发现有助于研究脊椎动物细胞的自体识别能力是怎样形成的。

加拿大达尔豪斯大学的瑞恩·柯内在研究斑点蝾螈的胚胎时意外获得了这一新发现。蝾螈的胚胎卵就像翡翠小球，这种明亮的翠绿色来自于胚胎本身以及包裹着胚胎的胶状胞囊，由一种名为Oophila amblystomatis的单细胞藻类产生。长期以来，人们认为这种藻类和斑点蝾螈在发生共生关系时，藻类在蝾螈胚胎外部，蝾螈在水中产卵，胚胎产生富氮废弃物被藻类利用，而胚胎呼吸时，藻类立即在水中产生氧气。

而在2010年7月28日于乌拉圭埃斯特角城召开的第九届国际脊椎动物形态学大会上，柯内作报告时却指出，这些藻类遍布于蝾螈体细胞及胚胎细胞内部，直接在细胞内进行光合作用，生成氧气和碳水化合物。这样密切的共生关系，此前只在一些无脊椎动物如珊瑚中被发现存在，而从未在脊椎动物中发现过。

柯内最开始对一个还没孵化的蝾螈胚胎进行长时间荧光照射后，观察到胚胎细胞内含有叶绿素。他接着用透射电子显微镜（TEM）进一步仔细观察后发现，蝾螈细胞内的藻类周围都环绕着一些线粒体，而线粒体正是氧气和葡萄糖结合产生能量的场所。线粒体聚集在藻类细胞周围可能是为了更快捷地利用这些光合作用细胞产生的氧气和碳水化合物。

理论上讲，脊椎动物细胞含有调节适应性的免疫系统，会杀死无法识别的异己生物，所以藻类想要固定地共生在蝾螈细胞内部几乎不可能。而研究人员对这新发现的解释是，要么蝾螈的细胞关闭自体免疫系统，要么藻类有效避开这一免疫机制。

柯内还发现，成年雌性斑点蝾螈的输卵管内也有绿藻存在，是胶状胞囊形成的地方。这个发现说明共生藻可能是由母亲通过胶状胞囊传递给下一代的。

美国加州大学伯克利分校的退休教授大卫·维克说，如果藻类真的能进入生殖细胞，脊椎动物细胞会杀死体内异己生物的观点将受到严重挑战，并有助于研究脊椎动物细胞的自体识别能力是怎样形成的。蝾螈已经分化的具有专门功能的细胞还能继续分裂转变成其他细胞，因此具有特有的超强再生能力，从而在进化中形成和其他脊椎动物不同的自体识别能力。2

共生原因推测两个物种是如何发展成这种共生关系还不得而知。但是克尼正在探索绿藻是怎么进入蝾螈细胞的，一些早期的发现对此提供了帮助。

加利福尼亚大学圣克鲁兹分校的海洋分子生物学家琳达·戈夫（Lynda Goff）研究这对生物已经有30年之久，她的研究表明，除去其它因素，周围胶状胞囊缺少藻类的胚胎孵化迟缓。“我们发现随着蝾螈胚胎的发育，藻类细胞的数量成对数增加。”她说。

藻类对数增加意味着它们或者是在胚胎发育的时候快速分裂，或者是从外部迅速进入胶体或胚胎。 那么藻类是如何进入蝾螈胚胎的呢？可能在胚胎神经系统开始形成的时候。会议中克尼展示印第安那大学的罗杰·甘杰特（ Roger Hangarter ）制作的一个延时视频，显示胚胎每个发育阶段邻近它的绿色荧光。

这些为荧光是快速繁殖的藻，这可能为由胚胎释放出的富含氮的废物引起的。如果废物能释放出来，那么肯定有一种方式可以进入、并且藻类的数量爆发大大增加进入胚胎的机会。 这也可以解释为什么以前那么多研究者都没有在斑点蝾螈中发现共生藻：他们研究的胚胎大都没有和藻类爆发的时期一致，因此细胞内的藻很少。 不过这并不表明胚胎的早期阶段就不含有藻。

克尼的一个最奇妙的发现是成年雌性斑点蝾螈的输卵管内也有绿藻存在，那里也是胶状胞囊形成的地方。这个发现表明共生藻可能是由母亲通过胶状胞囊传递给下一代的。 “我很奇怪如果藻类真的能进入生殖细胞，”加州大学伯克利分校的退休教授大卫·韦克（David Wake）观看了克尼的展示后说，“那它对脊椎动物细胞会处理掉外来的生物物质的信条将是一个很大挑战。但是为什么不能呢？”

韦克和西班牙国家自然科学博物馆专门研究蝾螈的大卫·巴克利都认为这项工作可能告诉我们更多关于脊椎动物细胞的自身识别是如何形成的。因为蝾螈可以的四肢可以再生，成年蝾螈几乎所有的细胞在一生中都具有一定程度的多能性——已经分化的具有专门功能的细胞还能继续分裂转变成其它类型的细胞。 成年蝾螈已分化细胞能够在体内容纳藻类可是因为他们学习的自识别与其它脊椎动物不同。“这让我很想知道是否其它已知的与藻类外共生的蝾螈细胞内也含有藻类，”参与会议的辛辛那提大学发育生物学家丹尼尔·巴克霍尔兹（Daniel Buchholz）说，“我认为如果人们开始寻找我们可能会发现更多的例子。”

可能是在胚胎神经系统开始形成的时候。会议上克尼展示印第安那大学的罗杰·甘杰特（ Roger Hangarter ）制作的一个延时视频，显示了胚胎每个发育阶段邻近它的绿色荧光。

这些是荧光是快速繁殖的藻，这可能是由胚胎释放出的富含氮的废物引起的。如果废物可以释放出来，那么肯定有一种方式可以进入——并且藻类的数量爆发大大增加了进入胚胎的机会。

科研意义这种和一种光合作用生物内共生的现象以前在非脊椎动物中发现过，例如珊瑚，但是在脊椎动物中却是第一次。

因为脊椎动物细胞有适应免疫系统——它们把认为不是自身的生物材料破坏掉——所以要在脊椎动物细胞内稳定的共生被认为是不可能的。那这种情况怎么会发生呢？要么是蝾螈细胞关闭了他们内部的免疫系统，要么是绿藻绕开了免疫系统。

疑问理论上讲，脊椎动物的细胞含有调节适应性的免疫系统，它会杀死无法识别的异己生物，因此藻类想要固定地共生在蝾螈细胞内部几乎不可能。而研究人员对这一新发现的解释是，要么蝾螈的细胞关闭了自体免疫系统，要么藻类有效避开了这一免疫机制。

本词条内容贡献者为:

刘勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院