【Hacker News搬运】科学家发现首个固氮细胞器
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Title: Scientists discover first nitrogen fixing organelle
科学家发现首个固氮细胞器
Text:
Url: https://newscenter.lbl.gov/2024/04/17/scientists-discover-first-nitrogen-fixing-organelle/
科学家们最近发现了一种新的氮固定细胞器，这是有史以来在真核细胞中首次发现的氮固定细胞器。这一发现颠覆了现代生物学教科书中关于只有细菌可以从大气中提取氮并将其转化为生命可利用形式的规则。 在这两项最近的研究中，一个国际科学家团队描述了这种细胞器。该细胞器是历史上第四个已知的初级内共生实例——即一个原核细胞被真核细胞吞噬并进化为细胞器的过程。 这种新发现的细胞器被命名为硝基体。这一发现涉及一些运气和数十年的工作。1998年，加州大学圣克鲁斯分校海洋科学杰出教授乔纳森·泽尔在太平洋海水中发现了一种短DNA序列，似乎来自一种未知的固氮蓝藻。泽尔和同事们花费多年时间研究这种被称为UCYN-A的神秘生物。 同时，日本高知大学的古生物学家河野贵子正在努力培养一种海藻。后来发现这种海藻是UCYN-A的宿主生物。经过300多次采样探险和超过10年的努力，河野最终成功地培养了这种海藻，使得其他研究人员能够开始在实验室中一起研究UCYN-A及其海藻宿主。 长期以来，科学家们认为UCYN-A是一种与海藻密切相关的内共生生物。但这两项最近的研究表明，UCYN-A已经与其宿主共同进化，超越了共生关系，并符合细胞器的标准。 在《细胞》杂志上，泽尔和来自麻省理工学院、巴塞罗那海洋科学研究所和罗德岛大学的同事展示了对UCYN-A与其藻类宿主之间大小比例的比较，这种比例在不同的海洋硅藻类藻类中相似。 研究人员使用模型来展示宿主细胞和UCYN-A的生长是由营养物质的交换控制的。他们的代谢是相互关联的。这种生长速率的同步导致研究人员将UCYN-A称为“类细胞器”。 然而，科学家们直到确认了其他证据后才自信地将UCYN-A称为细胞器。在《科学》杂志的最新封面文章中，加州大学圣克鲁斯分校的团队和来自劳伦斯伯克利国家实验室（Berkeley Lab）、旧金山大学、国立台湾海洋大学和日本高知大学的合作者表明，UCYN-A依赖于其宿主细胞的蛋白质，并且细胞器的复制和分裂过程与藻类细胞的紧密配对。 这一发现为细胞器起源提供了新的视角。虽然线粒体和叶绿体在大约数十亿年前就已经进化，但硝基体似乎在大约1亿年前才进化，为科学家提供了关于细胞器发生的更近期视角。 这一发现还提供了对海洋生态系统的新见解。所有生物都需要生物可利用的氮，并依赖于固氮生物将大气中紧密结合的氮气（N2）分解为氨（NH3）分子，然后可以将其制成无数其他化合物。研究人员在从热带到北极的各个地方都发现了UCYN-A，它固定了大量的氮。 这一发现还可能改变农业。从大气氮合成氨肥料的能力使农业——以及世界人口——在20世纪初蓬勃发展。这种被称为哈伯-博世过程的能力使得世界约50%的食物生产成为可能。它还产生了巨大的二氧化碳：全球排放量的约1.4%来自这一过程。数十年来，研究人员一直在尝试将自然固氮过程融入农业。 “这种系统为固氮提供了新的视角，它可能为如何将这种细胞器工程化到作物植物中提供线索，”Coale说。 但关于UCYN-A及其藻类宿主还有许多未解之谜。研究人员计划深入研究UCYN-A和藻类如何运作，并研究不同菌株。 加州大学圣克鲁斯分校的助理教授肯德拉·特克-库博将继续在新实验室中进行研究。泽尔预计科学家们会发现其他具有与UCYN-A相似进化故事的生物，但作为第一种，这一发现将载入教科书。 这项研究得到了西蒙斯基金会、国家卫生研究院和国家能源部（DOE）科学办公室生物与环境研究办公室的支持。先进光源是一个DOE科学办公室用户设施。 劳伦斯伯克利国家实验室（Berkeley Lab）致力于通过清洁能源、健康地球和探索科学的研究为人类提供解决方案。成立于1931年，基于这样一个信念：最大的问题最好通过团队合作来解决，Berkeley Lab和其科学家们已经获得了16项诺贝尔奖。来自世界各地的科学家依赖该实验室的世界级科学设施进行自己的开创性研究。Berkeley Lab是一个由加利福尼亚大学管理的、为美国能源部科学办公室服务的多项目国家实验室。 美国能源部科学办公室是美国物理科学基础研究的主要支持者，正在努力解决我们时代的一些最紧迫的挑战。更多信息Post by: soVeryTired
Comments:
advisedwang: No doubt we'll see this transplanted into GM crops for reduced fertilizer need.
advisedwang: 毫无疑问，我们；我们将看到这一点移植到转基因作物中，以减少对肥料的需求。
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