首次在脊椎动物蝾螈细胞内发现存在促光合作用的藻类：蝾螈和这种海藻之间存在着共生关系，将挑战脊椎动物细胞自适应免疫系统的现有理论
一次偶然的机会，研究人员在一个研究了几十年的课题中有了意想不到的发现。
当加拿大新斯科舍省达尔豪西大学的瑞安•科尼（Ryan Kerney）在近距离观察一群发着翡翠绿的小球体――斑点蝾螈的胚胎时（见上图），他发现那些明亮的绿光来自于蝾螈自身的胚胎内以及围绕在胚胎周围的胶状泡囊中。
这种青绿色是由一种叫Oophila amblystomatis的单细胞海藻引起。很久以前，人们就认为斑点蝾螈和这种海藻存在着共生关系，并且推断这种共生性存在于斑点蝾螈的卵细胞内。不管怎样，这种共生关系一直被认为发生在蝾螈胚胎和生活在其外的藻类之间。如此，一方面胚胎能产出富氮废弃物，提供了藻类所需的养料；另一方面，海藻又增加了水中的含氧量，可供胚胎呼吸。
7月28日，在乌拉圭举行的第九届国际脊椎动物形态学会议上，科尼报告说，事实上，这种海藻广泛存在于斑点蝾螈体内的各个细胞中。此外，另有迹象表明，细胞内部的海藻可为斑点蝾螈细胞直接提供光合作用的产物――氧气和碳水化合物。
打破规则
如此紧密的光合生物共生现象以往在无脊椎动物中发现过，例如珊瑚，但却从没在脊椎动物中发现。
由于脊椎动物的细胞有一种自适应免疫系统，即一旦发现“异己者”，该系统会将这种外来入侵者摧毁，因而在脊椎动物细胞内确立稳定的共生体被认为是不可能的。这次发现的情况提示原因有两个，要么蝾螈细胞关闭了其内部的免疫系统，要么海藻绕开了免疫系统。
细胞内部的海藻可为斑点蝾螈细胞直接提供光合作用的产物――氧气和碳水化合物
抱着“玩玩”的想法，科尼将一个未孵化的蝾螈细胞进行了长时间荧光照射并观察其变化，他发现细胞内广泛分布着荧光点，这意味着细胞内可能含有叶绿素。于是，科尼改用透射电子显微镜（TEM）对该细胞进行了深入观察。
TEM的图像显示，科尼说：“在含有海藻的蝾螈细胞中，经常会出现一些线粒体围绕在共生体周围。”
线粒体是动物细胞的能量源泉，它可将氧气和葡萄糖代谢的产物转换成ATP（一种细胞储存化学能量的分子式）。而蝾螈线粒体聚集在藻类细胞的周围，是为了更有效地利用特定细胞内光合作用所产生的氧气和碳水化合物。
绿色闪光
目前还不知道这两种生物最初是怎样建立共生关系的。科尼目前正在探究海藻是怎样进入蝾螈细胞内的，而一些早期发现则对他提供了很大的帮助。
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）研究这对生物已有30多年了，她认为，如果带有胶状泡囊的蝾螈胚胎内缺乏海藻会使孵化速度变慢，“我们发现，随着胚胎的发育，海藻细胞会呈对数增长。
这些对数的增加意味着，与蝾螈胚胎有关的海藻，要么在胚胎发育时快速的分裂，要么是在胚胎生长时从外面快速进入胶状泡囊或胚胎内的。
那么海藻是如何进入胚胎内的呢？一个可能的时机是在胚胎神经系统形成的瞬间。会上，科尼展示了印第安那大学罗杰•汉格阿特（Roger Hangarter）的一段视频――胚胎在每一个发育阶段都伴随着绿色闪光。
科尼说：“这些绿色闪光表明了海藻长势正盛，因为胚胎发育生成大量的氮给了它们足够的养料，增加了海藻“挤进”蝾螈胚胎的机会。这可能也有助于解释以前那么多研究人员为什么没有发现斑点蝾螈胚胎内有海藻。因为绝大多数的此类研究是在胚胎未发育前、海藻还未爆发的时候进行的。
多能细胞
在科尼最奇妙的发现中，其中有一个是成年雌性斑点蝾螈的输卵管内也存在海藻，那里是胶状泡囊形成的地方。这表明了共生藻是在生殖期间，是由母亲通过胶状泡囊遗传给下一代的。
加州大学伯克利分校的退休教授大卫•韦克（David Wake）看了科尼的报告后说：“我想知道藻类是否能够进入生殖细胞。这将挑战现有的脊椎动物细胞的自适应免疫系统原理，为什么不能去试一试呢。”
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（David Buckley）认为，这方面的研究，可以帮助我们了解在发育阶段脊椎动物细胞是如何学会自我识别的。因为蝾螈的四肢可以再生，成年蝾螈几乎所有的细胞都有一定程度的多能性。在蝾螈的一生中，一些特定功能的细胞还可能分裂变成另一种类型的细胞。
或许，成年蝾螈具有特殊功能的细胞可以容纳藻类的进入，因为蝾螈的适应免疫系统的形成和其他脊椎动物不一样。
参与会议的辛辛那提大学发育生物学家丹尼尔•布赫霍尔茨（Daniel Buchholz）说：“这让我想了解除了斑点蝾螈外，其他已经确定与海藻共生的蝾螈细胞内是否也有海藻。我认为如果人们进行研究的话，我们可以找到更多的例子。”
资料来源Nature
责任编辑 则 鸣