發現地球上最古老的類囊體（thylakoid）

 

圖片來源：Nature

植物的光合作用（photosynthesis）是地球上最重要的反應，而在植物中，這個反應是在類囊體（thylakoid）中進行。

當然，在類囊體出現之前，已經有光合作用了；那時候應該是一些類似藍綠菌（cyanobacteria）的生物，將自己的細胞膜折疊成類似的構造？至於類囊體什麼時候出現，基於分子鐘和系統發育分析得來的推測，估計在大約27億到20億年前。

之前的化石發現最早的葉綠體結構出現在大約5.5億年前。最近比利時的列日大學（University of Liège）的發現，將最早葉綠體的化石年代往前推了至少12億年。

研究團隊分析來自澳大利亞麥克德莫特地層（McDermott Formation）和加拿大草原灣地層（Grassy Bay Formation）的Navifusa majensis微化石。

研究團隊使用了穿透式電子顯微鏡。他們觀察了未染色的樹脂嵌入樣本，重點是尋找與光合作用相關的超微結構，尤其是類囊體。

研究團隊觀察到一組具有明顯較暗邊緣的細胞膜，這些被解釋為類囊體。他們詳細分析了這些膜的排列方式和結構特徵，以確認其與現代葉綠體的相似性。

研究團隊觀察到的結構具有以下特點：

在穿透式電子顯微鏡（TEM）下觀察到的細胞膜呈現出明顯較暗的邊緣。這些細胞膜由一層中等電子密度的層與兩層高電子密度的層所組成。這些細胞膜在不同的樣本中呈現出不同的排列方式。在一些樣本中，它們平行於細胞壁排列，而在其他樣本中則呈現出局部扭曲的排列。

這些膜的厚度範圍在10到20奈米之間。細胞壁由一層透光層和一層薄的電子密集層組成，總厚度可達70奈米。

為了做進一步確認，研究團隊將發現的結構與現代藍綠菌和其他光合生物的葉綠體結構進行了比較，以進一步支持他們的結論。

化石中觀察到的結構與現代類囊體具有顯著的相似性，這支持了其作為有氧光合作用證據的解釋。這些比較和分析的結果對於理解早期地球上葉綠體的出現和發展具有重要的科學意義。

參考文獻：

Demoulin, C.F., Lara, Y.J., Lambion, A. et al. Oldest thylakoids in fossil cells directly evidence oxygenic photosynthesis. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06896-7