浮游植物的祖先征服大海的骑在外骨骼粒子

在整个海洋,数以十亿计的形似植物的微生物组成一个看不见的浮动森林。漂移,微生物利用阳光从大气中吸收二氧化碳。总的来说,这些光合作用浮游生物、浮游植物吸收二氧化碳一样,成为世界陆地森林。用以测度的可衡量的部分肌肉来自原——一个球藻emerald-tinged漂浮者,今天最丰富的海洋中浮游植物。

但原没有球藻总是生活在开阔水域。祖先的微生物可能靠近海岸,营养充足,在公共微生物垫在海底生物幸存下来。那么这些沿海居民的后代最终成为了光合作用今天开放的海洋强国?

麻省理工学院科学家相信,漂流是关键。在一项新的研究中,他们建议的祖先原收购的能力抓住甲壳素球藻——古代外骨骼的粒子退化。微生物搭乘路过的一片,使用粒子作为木筏进一步冒险出海。这些几丁质木筏可能也提供的必需营养素,引发和维持微生物的旅程。

因此强化,一代又一代的微生物可能就有机会发展新的能力适应开放的海洋。最终,他们可能会进化到一个地步跳槽和生存的自由浮动的海洋居民生活。

“如果原和其它球藻光合生物没有征服了海洋,我们会看到一个非常不同的行星,”Rogier Braakman说,科学家在麻省理工学院的地球大气和行星科学(eap)。“这是事实,他们能够附加到这些几丁质木筏,使他们能够建立一个立足于一个全新的和大规模的地球生物圈的一部分,永远地改变了地球的方式。”

Braakman和他的合作者展示他们的新“甲壳素筏”假说,以及实验和基因分析支持这个想法,在本周出现在PNAS的研究。

麻省理工学院的合作者是乔凡娜卡,格雷格•弗尔涅朱莉娅•舒瓦新大陆Alexis Yelton托马斯的伊莱娜,杰克·帕耶特库尔特·卡斯特罗,奥托•Cordero和麻省理工学院教授萨利•奇泽姆(硬币),以及与同事从多个机构包括伍兹霍尔海洋研究所。

一个奇怪的基因

原是两个主要群体之一球藻属于一个类称为picocyanobacteria,这是地球上最小的光合作用的生物体。另一组是聚球藻属,一个密切相关的微生物,可以发现在海洋和淡水系统。两个生物通过光合作用谋生。

但事实证明,原可以采用球藻另类生活方式的一些压力,尤其是在昏暗的光合作用的地区很难维护。这些微生物是“兼养的”,使用的混合其他碳捕捉策略发展。

•奇泽姆的实验室的研究人员正在寻找mixotrophy的迹象时,无意中发现了一个共同的基因在一些现代菌株原。球藻基因编码的能力分解几丁质,砍掉了贝壳的富含碳的物质来源于节肢动物,如昆虫和甲壳类动物。

“这是非常奇怪的,”卡说,决定深入挖掘时发现她加入了实验室的博士后。

在新的研究中,卡进行实验,看看原可以分解几丁质球藻有用。在实验室里以前的工作表明,chitin-degrading基因出现在原住在低照度的环境下,球藻菌株聚球藻属。该基因在原居住更阳光球藻地区失踪了。

在实验室里,卡几丁质粒子引入光线和标签的样本压力。她发现含有微生物的基因可以降解几丁质,这些,只有low-light-adapted原似乎球藻受益于这种崩溃,因为他们似乎也长得更快。微生物也可以坚持几丁质片,结果Braakman特别感兴趣,研究代谢过程和方式的进化塑造了地球的生态。

“人们总是问我:这些微生物在早期的海洋吗?”他说。“Gio做这些实验,这‘啊哈’的时刻。”

Braakman疑惑:这个基因可能是存在于原,球藻的祖先的方式允许沿海微生物附着在甲壳素和饲料,和骑片大海?

这是所有的时间

为了测试这个新的“甲壳素筏”假说,弗尔涅研究小组,专门从事跟踪跨物种基因的微生物通过历史。2019年,弗尔涅的实验室建立了一个进化树的那些展览chitin-degrading基因的微生物。从这棵树,他们注意到一种趋势:微生物后才开始使用甲壳素节肢动物成为丰富的在一个特定的生态系统。

甲壳素筏的假说,祖先的基因会出现原后不久球藻节肢动物开始征服海洋环境。

团队的化石记录,发现水生节肢动物的物种丰富的古生代早期,大约十亿年前。根据弗尔涅的进化树,也是在chitin-degrading基因出现在原和Synecococchus球藻的共同祖先。

“时机相当稳固,”弗尔涅说。“海洋系统成为充斥着这种新型的有机碳在甲壳素的形式,就像基因使用这个碳分布在所有不同类型的微生物。和这些几丁质粒子的运动突然打开了微生物的机会真的让它开放海域。”

甲壳素的出现可能是特别有益微生物生活在光线暗的条件下,比如沿海海底,古代picocyanobacteria被认为是生活。这些微生物,甲壳素是急需的能源,以及公共的出路,沿海的利基。

Braakman说,一旦在海上,漂流微生物是足够坚固可以开发其他栖息改编。数百万年后,生物体然后准备“冒险”,演变成自由浮动,光合作用原存在球藻今天。

”最后,这是关于生态系统进化的在一起,”Braakman说。“这些几丁质筏、节肢动物和蓝藻可以扩展到公海。最终,这有助于种子的崛起,现代海洋生态系统。”

参考:卡波克,Braakman R,弗尔涅GP, et al .甲壳素利用海洋picocyanobacteria和浮游生活方式的演变。PNAS。2023;120 (20):e2213271120。doi:10.1073 / pnas.2213271120

本文从以下转载材料。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。