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藻類通過降解細胞壁給珊瑚提供養分
海洋中的藻類與珊瑚﹑海葵等刺胞動物屬於共生關係。因為珊瑚提供藻類一個棲身之所﹐而藻類將光合作用產生的部分糖類和營養傳遞給珊瑚。最近一個新的發現使日本科學家瞭解到藻類將養分提供給珊瑚的途徑﹐是通過降解自身的細胞壁後傳送糖類。這種釋放糖類的途徑是由日本東北大學(Tohoku University)團隊發現的。他們將這一發現寫成論文﹐於8月18日發表在《eLife》生命科學雜誌上。
珊瑚是一種對生存環境要求非常高的生物﹐只能在適當的海水溫度﹑低污染和少化學品的海洋中生存。環境哪怕出現最輕微的變化﹐都可能導致珊瑚白化或死亡。由藻類和珊瑚等生物造成的珊瑚礁是許多魚類﹑甲殼類動物和其它海洋生物的重要棲息地﹐因此被稱為「生物多樣性寶庫」。而珊瑚與藻類的共生關係﹐既微妙又複雜。大多的珊瑚都依靠甲藻和其它微型藻類的光合作用產生的糖類﹐滿足其大部分能量需求﹐而珊瑚又為甲藻提供了一個家。
過去發現﹐共生甲藻類主要生存於珊瑚細胞內的特殊隔間(共生體)﹐或海洋動物的腸道內﹐這種環境通常呈酸性。不過﹐科學家們仍然不瞭解這種關係中的許多複雜過程﹐包括糖類是如何從藻類共生體中釋放出來並給宿主們吸收的。不過﹐他們認為瞭解藻類對於保護珊瑚礁及其支持的生物多樣性至關重要。
研究發現﹐甲藻在酸性環境中釋放的葡萄糖量較高﹐且分泌的半乳糖同樣呈現增加趨勢﹐這表明酸性環境增強了甲藻釋放糖類。為了弄懂甲藻的糖類分泌機制﹐研究團隊對這些藻類的基因和它們在酸鹼環境中的變化﹐進行篩檢和實驗。結果發現﹐糖的釋放是由纖維素分解酶分解細胞壁導致﹐而這種纖維素分解酶因其用於分解陸地植物細胞壁而聞名。
這一發現說明﹐藻類共生體通過細胞壁降解﹐將單糖釋放到宿主刺胞動物(海葵﹑珊瑚)的細胞內﹐達到互利共生體的目的。另外﹐在酸性環境下能觀察到藻類細胞壁的皺紋和剝落﹐這表明甲藻的細胞壁在酸性條件下發生了形態和質量上的改變。但目前科學家尚不清楚共生藻科的細胞壁成分﹐與半乳糖分泌的作用機制。不過甲藻在酸性環境中半乳糖分泌大幅增加這是事實。而這種釋放糖的方法能給宿主(珊瑚)提供多大的能量仍有待進一步研究。
東京大學前沿科學研究人員解釋﹐「我們發現藻類細胞開始降解自身細胞壁時﹐就會釋放糖。即便藻類不存於共生宿主的情況下﹐這種細胞壁的破壞也會發生。若環境條件變得更加酸性時﹐藻類的細胞壁破壞就會增強。」研究人員補充道﹐「我們的研究結果表明﹐藻類與珊瑚之間的相互作用比以往想像的更加複雜﹐這為海洋環境中的碳循環提供了重要的拼圖。」。
日本東北大學研究團隊將繼續研究有關於糖釋放﹑細胞壁維護和酶反應調節的分子機制﹐揭開共生藻類分泌的分子的多樣性﹐同時進一步深入瞭解共生體和宿主之間交換的「分子語言」。
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