科學(xué)家揭示了有毒藻華背后不尋常的細(xì)胞生物學(xué)

在單細(xì)胞海藻物種中觸發(fā)有毒藻華的細(xì)胞機(jī)制是什么?在德國(guó)Oldenburg大學(xué)微生物學(xué)家Ralf Rabus教授的指導(dǎo)下，一個(gè)研究小組首次使用先進(jìn)的顯微鏡和蛋白質(zhì)組學(xué)方法，對(duì)全球廣泛分布的鞭毛類物種proorocentrum cordatum的不同尋常的細(xì)胞生物學(xué)進(jìn)行了詳細(xì)分析。

正如研究小組在科學(xué)雜志《Plant Physiology》上所報(bào)告的那樣，這些微生物的光合作用過(guò)程以一種不尋常的結(jié)構(gòu)組織起來(lái)，這可能有助于它們更好地適應(yīng)海洋中不斷變化的光線條件。這項(xiàng)研究的結(jié)果可能會(huì)使人們更好地了解有害藻華的發(fā)生率，由于氣候變化，這種現(xiàn)象可能會(huì)變得越來(lái)越頻繁。

鞭毛蟲(chóng)是海洋和淡水生態(tài)系統(tǒng)中的重要生物。這些單細(xì)胞生物構(gòu)成了自由生活的浮游植物的很大一部分，它們構(gòu)成了海洋和湖泊食物網(wǎng)的基礎(chǔ)。一些物種，包括原心藻(proocentrum cordatum)，可以在溫暖、營(yíng)養(yǎng)豐富的水域繁殖，形成有害的藻華。

Rabus說(shuō):“我們之所以研究這種生物，是因?yàn)楸M管它與環(huán)境有關(guān)，但我們對(duì)它的細(xì)胞生物學(xué)和代謝生理學(xué)仍然知之甚少。”除了研究微藻的光合作用外，研究人員還與漢諾威大學(xué)、布倫瑞克大學(xué)和慕尼黑大學(xué)的研究小組合作，研究了微藻的細(xì)胞核結(jié)構(gòu)和對(duì)熱應(yīng)激的反應(yīng)，并在最近發(fā)表的另外兩篇論文中公布了這些發(fā)現(xiàn)。

先進(jìn)的成像技術(shù)揭示獨(dú)特的細(xì)胞結(jié)構(gòu)

由Rabus和來(lái)自海洋環(huán)境化學(xué)與生物研究所(ICBM)的Jana Kalvelage領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，利用Ludwig-Maximilians-Universit?t慕尼黑的強(qiáng)大掃描電子顯微鏡和聚焦離子束，能夠重建光合作用發(fā)生的葉綠體的三維結(jié)構(gòu)。科學(xué)家們能夠生成單個(gè)藻類細(xì)胞的大約600個(gè)圖像層，然后將這些部分組合起來(lái)，形成橢圓形單細(xì)胞生物的三維高分辨率空間圖像，這些單細(xì)胞生物通常約為千分之一毫米長(zhǎng)。分析結(jié)果表明，原心球狀體只有一個(gè)桶狀葉綠體，占細(xì)胞體積的40%。

蛋白質(zhì)組學(xué)分析揭示了微藻和擬南芥光合器官之間的顯著差異，擬南芥是遺傳學(xué)研究中得到充分研究的模式植物。在這兩個(gè)物種中，光合作用發(fā)生在葉綠體廣泛的膜系統(tǒng)中嵌入的復(fù)雜蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中。

然而，在原心珠中，研究小組觀察到太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為生物化學(xué)能發(fā)生在一個(gè)由許多蛋白質(zhì)組成的單一大結(jié)構(gòu)中，稱為“巨型復(fù)合體”，而在植物物種的葉綠體中，光合作用的不同步驟發(fā)生在空間分離的結(jié)構(gòu)中。該團(tuán)隊(duì)還報(bào)告說(shuō)，cordatum使用大量不同的色素結(jié)合蛋白來(lái)有效地捕獲太陽(yáng)能。Rabus解釋說(shuō):“這種多樣性是對(duì)生物暴露在海洋中不斷變化的光線條件的特殊適應(yīng)?！?/p>

探索遺傳復(fù)雜性和適應(yīng)性

去年發(fā)表的另外兩項(xiàng)研究突出了微藻不同尋常的生物學(xué)特性:第一項(xiàng)研究中，一個(gè)德國(guó)-澳大利亞團(tuán)隊(duì)(ICBM的研究人員也是其中一員)發(fā)現(xiàn)，微藻擁有一個(gè)非常大的基因組，其堿基對(duì)數(shù)量是人類的兩倍。研究小組還發(fā)現(xiàn)，藻類會(huì)改變它們的新陳代謝，它們的生長(zhǎng)速度會(huì)因熱應(yīng)激而減慢。在第二篇論文中，由Rabus和Kalvelage領(lǐng)導(dǎo)的研究小組更詳細(xì)地描述了這種細(xì)胞的細(xì)胞核，他們報(bào)告說(shuō)，圓心草有62條染色體，這是一個(gè)異常高的數(shù)目，幾乎填滿了整個(gè)細(xì)胞核。研究小組觀察到，研究人員發(fā)現(xiàn)的大部分核蛋白的功能目前尚不清楚。

“我們已經(jīng)研究了這種重要的微藻在分子水平上的功能。這些發(fā)現(xiàn)為更好地理解其在環(huán)境中的作用奠定了基礎(chǔ)，”Rabus強(qiáng)調(diào)。他解釋說(shuō)，進(jìn)一步的研究可以提供諸如這種生物的新陳代謝如何對(duì)其他壓力因素作出反應(yīng)等問(wèn)題的答案，以及為什么這種物種能夠適應(yīng)如此廣泛的環(huán)境條件，從熱帶氣候到溫帶氣候。

來(lái)源：Plant Physiology

亞氯酸鈉（Sodium hypochlorite，化學(xué)式：NaClO）是一種無(wú)色或淡黃色液體，常用作漂白劑和消毒劑。以下是亞氯酸鈉的一些化學(xué)性質(zhì)：

1. 氧化性：亞氯酸鈉是一種氧化性化合物，能夠與許多物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)。

2. 氯化性：亞氯酸鈉在水中能夠迅速分解，生成次氯酸（HClO）和氫氧化鈉（NaOH）。亞氯酸是一種比亞氯酸鈉更強(qiáng)的氧化劑。

3. 消毒性：亞氯酸鈉具有較強(qiáng)的殺菌消毒作用，可用消毒水源、池塘和水處理。

4. 漂白性：亞氯酸鈉可用作漂白劑，能夠?qū)⒃S多染料和有機(jī)物氧化漂白。

5. 不穩(wěn)定性：亞氯酸鈉在陽(yáng)光照射下會(huì)逐漸分解，所以需要存放在暗處，避免陽(yáng)光直射。

需要注意的是，亞氯酸鈉是一種腐蝕性較強(qiáng)的化學(xué)物質(zhì)，在處理和使用時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。同時(shí)，避免與酸性物質(zhì)或易燃物質(zhì)接觸，以免引發(fā)危險(xiǎn)反應(yīng)。