Cell重磅发现：新型细胞器靠窃取叶绿体让动物拥有光合作用能力

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Cell重磅发现：新型细胞器靠窃取叶绿体让动物拥有光合作用能力2 e6 q4 B# y' O% H& b2 v' o' v8 ~
来源：生物世界 2025-06-27 16:38  a1 l% D1 x+ s* Z2 v
这项研究揭示了细胞内共生体如何被宿主长期获取，并通过进化整合为具有复杂功能的细胞器。2 g+ G1 @0 C$ L* J$ ?4 G
植物和动物，是两类截然不同的生物，植物的最大特点是可以通过叶绿体进行光合作用，利用阳光、水分和 CO2就能自由生长。而自然界中也有一些神奇的动物，例如海蛞蝓，能够将吃下的藻类中的叶绿体变成自己身体的一部分，从而化身一个会光合作用的动物，甚至长时间内不再需要进食。
3 f7 g& W9 ?6 C3 Z2 K然而，这种神奇的“动物光合作用”（animal photosynthesis）的具体机制，目前仍不清楚。/ M# q& x3 B* P
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一种海蛞蝓! _9 Z4 r8 d. m: h3 ?2 @$ |
2025 年 6 月 25 日，哈佛大学的研究人员在国际顶尖学术期刊 Cell 上发表了题为：A host organelle integrates stolen chloroplasts for animal photosynthesis 的研究论文。
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5 B$ B  m8 T( z  n真核生物在大约十亿年前进化而来，当时的古老细胞吞噬并整合了原核生物，从而形成了现代的线粒体和叶绿体。7 t/ T$ q7 Q* C
Sacoglossan 是一类特殊的海蛞蝓，它们具有一种神奇的能力——能够选择性保留摄取的藻类中的叶绿体，并将这些叶绿体整合到自身细胞中，这些叶绿体能够在长达一年的时间里保持光合作用能力。然而，这种“动物光合作用”的具体机制，目前仍不清楚。' f) g, t: c/ Y  }) S! A
在这项最新研究中，研究团队发现，海蛞蝓摄取的外来叶绿体并非在细胞内自由漂浮，而是被一层薄膜包裹着，研究团队将这种包裹叶绿体的新型细胞器命名为——“盗食体”（Kleptosome）。: o4 m+ F8 V4 v' c% T, m) L% K

8 V3 Q) }6 x" K: t, u( y盗食体利用 ATP 敏感型离子通道来维持一种腔内环境，这种环境有利于叶绿体光合作用的进行并延长其寿命。而当海蛞蝓饥饿时，它们会由绿色变成橙色——这是因为盗食体消化了其中储存的叶绿体以获取营养，从而将其作为食物来源。2 s% g/ E: @5 n) S* Y
盗食体的发现不仅阐明了这些光合动物是如何利用盗窃来的叶绿体维持光合作用的，还展现了动物细胞在面临进化压力时的灵活性。! H( [0 L: J6 \- `& ~5 f/ F8 A3 W- Q" g
利用这一发现，研究团队进一步发现，光合作用相关的细胞器保留与消化机制在包括珊瑚、海葵在内的其他光合动物中独立演化（趋同进化），形成了类似的生物学策略。( V& S! c7 i/ {2 D

+ t1 r3 c. j0 M; I. p" N3 q总的来说，这项研究揭示了细胞内共生体如何被宿主长期获取，并通过进化整合为具有复杂功能的细胞器。2 F3 H5 i. m: ]! C* O# [0 M
值得一提的是，这项研究和许多发现一样，开始于一个错误的转折，论文通讯作者  Nicholas Bellono 最初对海蛞蝓产生兴趣是因为他听水族爱好者说某些海蛞蝓会吃掉珊瑚并产生荧光，这说明它们可能通过某种方式窃取了发光蛋白，然而，他没能找到这种海蛞蝓，而是发现了以藻类为食的海蛞蝓及其神奇的光合作用特性，于是他转而研究窃取叶绿体的海蛞蝓，从而打开了另一个全新的世界。
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