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擁有合成葉綠素基因卻不進行光合作用?——珊瑚寄生蟲

  珊瑚寄生蟲(corallicolids)屬于頂復門(Apicomplexa),是一類專性細胞內寄生蟲,算是瘧原蟲、弓形蟲這些“名人”的遠房親戚。

  珊瑚寄生蟲被發現的時間甚晚,直到2019年,科學家才給它們取了“corallicolids”(源自拉丁語,意為“珊瑚居民”)作為一個非正式的稱呼,中文則常譯為珊瑚寄生蟲、珊瑚頂復蟲或珊瑚感染型頂復體。

  珊瑚寄生蟲生存在珊瑚的胃腔和細胞內,它們分布十分廣泛,在海洋中幾乎無處不在。調查發現,全球大約70%以上的硬珊瑚體內都有珊瑚寄生蟲分布,不管是熱帶淺海的珊瑚,還是寒冷深海珊瑚,都能看見它們的身影。

  珊瑚寄生蟲及其宿主(圖片來源于plosone期刊)

  珊瑚寄生蟲大多數情況下并不會對珊瑚造成顯著危害(即不會像白斑病那樣造成珊瑚組織壞死),但這也并不意味著珊瑚寄生蟲能和珊瑚和諧共生。實驗證明,當珊瑚健康時,珊瑚寄生蟲就是安靜的“房客”;當珊瑚因為高溫、白化、污染等壓力變虛弱時,珊瑚寄生蟲豐度便會上升,與珊瑚的關系可能從“共存”轉向“輕度寄生”或“機會性加重負擔”。

  最為特殊的是,珊瑚寄生蟲明明還保留著合成葉綠素的基因,擁有制造葉綠素所需要的幾種關鍵酶,但它們完全不進行光合作用!這是生物學上已知第一個同時具備“葉綠素合成能力”卻徹底放棄光合作用的類群。

  這種奇特現象背后的原理則是,珊瑚寄生蟲細胞里有一個叫做非光合質體(apicoplast)的結構,這個結構在頂復門寄生蟲里非常常見,但絕大多數項復門親戚都已經把葉綠素合成相關的基因丟得差不多了。而珊瑚蟲卻還保留著這部分“老古董基因組”,根據這個性質,科學家們推測它們是項復門寄生蟲演化的中間體,正處在從光合作用向寄生過渡的特殊階段。正從這個性質,科學家們也對寄生生活和質體功能的演化有了全新認識。

  現目前,珊瑚寄生蟲還存有諸多謎團等待揭曉。與珊瑚的關系上,科學家還在爭論它們到底是作為珊瑚的“病原體”,還是處在一個與珊瑚長期穩定共存的內共生/內寄生關系。它們保留葉綠素合成基因的原因現目前也是一個未解之謎。有科學家猜測,這可能是因為珊瑚寄生蟲是遠古某種光合藻類后代,逐漸“改行”當了寄生蟲,它們的葉綠素生產線雖然已失去作用,但它們并沒有完全將這條生產線關閉。

  下次當你看到色彩斑斕的珊瑚礁時,不妨想象一下:在珊瑚的消化腔里,正有一群微小的、神秘的“葉綠素持有者”,過著一種既像寄生蟲、又保留了點藻類祖先痕跡的奇特生活。

  參考文獻:

  [1]A widespread coral-infecting apicomplexan with chlorophyll biosynthesis genes. Kwong, W.K., del Campo, J., Mathur, V. et al. Nature 568, 103–107 (2019). https://doi.org/10.1038/s41586-019-1072-z

  [2]Coral-infecting parasites in cold marine ecosystems Trznadel, Morelia et al.Current Biology, Volume 34, Issue 8, 1810 - 1816.e4

  [3]Phylogenomics of coral-infecting corallicolids reveal multiple independent losses of chlorophyll biosynthesis in apicomplexan parasites. Jacko-Reynolds, Victoria K.L. et al.Current Biology, Volume 35, Issue 5, 1156 - 1163.e4

  本文作者:廈門大學環境與生態學院2025級本科生劉駿杭。

  本文由海洋負排放(ONCE)國際大科學計劃、廈門大學碳中和創新研究中心支持。

責編:微科普

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