老葉的植物王國

dari Wikipedia   Apakah kamu tahu cara tanaman mendapat nitrogen dari udara? Biasanya, tanaman membentuk hubungan simbiosis dengan bakteri yang bisa mendapatkan nitrogen dari udara. Namun, hal ini tidak berlaku untuk sebuah ganggang yang disebut Braarudosphaera bigelowii . Pada tahun 2012, sebuah tim penelitian dari Amerika menemukan cyanobacteria dalam ganggang ini yang bisa mendapatkan nitrogen dari udara. Cyanobacteria ini disebut UCYN-A, karena penelitian menunjukkan bahwa ia telah kehilangan kemampuannya untuk membuat energi sendiri. Akibatnya, tim penelitian meragukan bahwa ia mungkin telah membentuk hubungan simbiosis dengan ganggang sebagai organel di dalamnya. Tim penelitian menggunakan teknologi yang disebut SXT untuk mengamati di dalam ganggang. Mereka menemukan bahwa UCYN-A memiliki posisi yang tetap. Ini adalah bukti pertama bahwa UCYN-A adalah organel, bukan cyanobacteria yang independen. Masih menggunakan SXT, mereka menemukan bahwa UCYN-A dan ganggang membelah...

  貝氏布拉藻。圖片來源：維基百科 固氮反應（nitrogen fixation）在過去一向被認為是微生物（細菌、藍綠菌、古菌）才具備的技能。畢竟，要打開氮氣（N 2 ）的三個化學鍵，需要投入大量的能量才能完成，這使得負責這個反應的酵素對氧氣極為敏感，於是固氮反應就成為厭氧的反應。 也因此，能夠固氮的根瘤菌，需要植物形成根瘤這樣的無氧環境，才能開始固氮；而能夠固氮的藍綠菌則是各出奇招，想辦法製造無氧或微氧的環境，讓它可以固氮。 一般的藻類，要獲取這樣的能力，是否是「不可能的任務」呢？但是就在2012年，美國加州大學的研究團隊發現了一個奇妙的藻類「貝氏布拉藻」（ Braarudosphaera bigelowii ），它的體內有一個小小的藍綠菌稱為UCYN-A。這個藍綠菌負責幫忙貝氏布拉藻固氮，而貝氏布拉藻則投桃報李，給它它需要的糖、胺基酸、核酸等等。 在2012年時，研究團隊便已經發現，UCYN-A缺乏會產生氧氣的光系統II以及細胞呼吸中非常重要的檸檬酸循環。這就讓科學家們懷疑，會不會UCYN-A早就不是共生體，而是已經成了貝氏布拉藻的胞器呢？ 於是他們進行了一系列的研究。 首先，他們用軟X射線斷層掃描（SXT）獲得了貝氏布拉藻細胞及其中的UCYN-A的三D結構圖像。這種技術可以顯示出細胞內部的詳細結構，包括UCYN-A在內。研究團隊觀察到UCYN-A在細胞中有固定的位置，在貝氏布拉藻的胞器之間具有確定的空間關係，這意味著它已緊密整合入藻類細胞的結構中。 同樣是透過SXT，研究團隊發現UCYN-A的分裂與貝氏布拉藻的細胞核和葉綠體的分裂有明確的時間順序。在貝氏布拉藻的暗週期中，首先發生的是UCYN-A的分裂，然後是粒線體的分裂、接著核和葉綠體也開始分裂，最後細胞進行最終的細胞分裂（細胞質分裂），產生兩個新的細胞，每個細胞都包含一個UCYN-A、一個核和若干個葉綠體。這種分裂的同步性意味著，UCYN-A與藻類細胞的生長和分裂過程高度整合，這也是胞器的特徵之一。 透過蛋白質體學分析，研究團隊確定了多個由貝氏布拉藻基因體產生、並在UCYN-A中豐富存在的蛋白質。這些蛋白質包括了「魯必斯科」（RuBisCO）這個負責碳反應（卡爾文循環）的最重要酵素以及進行光反應所必需的幾個成員。缺少這些蛋白質意味著UCYN-A不能進行光合作用，必須依靠貝氏布拉藻來供...