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更新日期:110年6月2日

新種藍綠菌有助於解開光合作用演化之謎 成果榮登國際知名期刊Current Biology

本校生命(ming)科學(xue)系何銘洋助(zhu)理教授和美國康乃爾大學(xue)Boyce Thompson Institute李飛葦助(zhu)理教授跨國團隊合作(zuo),在角蘚(hornwort)上發現一株演化(hua)早期分(fen)支(zhi)的新種藍(lan)綠菌(jun)。此藍(lan)綠菌(jun)是在14億年前和最相(xiang)近的藍(lan)綠菌(jun)演化(hua)分(fen)歧而來,其(qi)原始特徵以(yi)及和現生藍(lan)綠菌(jun)的差異,有助(zhu)於(wu)我(wo)們了解(jie)光合作(zuo)用的演進過(guo)程。該論文於(wu)2021年5月13日(ri)刊登(deng)於(wu)國際知名期刊《當代生物學(xue)》(Current Biology)。

首先,甚麼是藍(lan)(lan)(lan)綠(lv)菌?藍(lan)(lan)(lan)綠(lv)菌,又稱藍(lan)(lan)(lan)綠(lv)藻(zao),是最早行光合(he)作(zuo)用產生(sheng)氧氣的物(wu)種,約(yue)在25億年前(qian)出現(xian)(xian),是現(xian)(xian)生(sheng)所有藻(zao)類(lei)和植物(wu)的祖先。藻(zao)類(lei)和植物(wu)細胞(bao)裡面(mian)行光合(he)作(zuo)用胞(bao)器—葉綠(lv)體,就是藍(lan)(lan)(lan)綠(lv)菌經由(you)內共生(sheng)演(yan)化而來的。

為什麼研(yan)究藍(lan)綠(lv)(lv)菌(jun)很重要?因為有助於了解光合(he)作(zuo)(zuo)用的(de)(de)(de)演化(hua)過程和(he)多樣性(xing)。藍(lan)綠(lv)(lv)菌(jun)在(zai)25億(yi)年(nian)前出(chu)現(xian)(xian)(xian),經過這(zhe)麼長的(de)(de)(de)時間,依然在(zai)環(huan)境中(zhong)行(xing)光合(he)作(zuo)(zuo)用放(fang)出(chu)氧氣,像(xiang)現(xian)(xian)(xian)在(zai)海洋中(zhong)產生氧氣的(de)(de)(de)四(si)分(fen)之一就(jiu)是(shi)藍(lan)綠(lv)(lv)菌(jun)提供的(de)(de)(de)。現(xian)(xian)(xian)在(zai)我們可以(yi)從現(xian)(xian)(xian)生的(de)(de)(de)藍(lan)綠(lv)(lv)菌(jun)、藻(zao)類(lei)和(he)植物中(zhong)觀(guan)察光合(he)作(zuo)(zuo)用,但(dan)光合(he)作(zuo)(zuo)用是(shi)否在(zai)25億(yi)年(nian)間一成不(bu)變(bian)呢(ni)(ni)?光合(he)作(zuo)(zuo)用又(you)是(shi)怎(zen)麼演化(hua)成現(xian)(xian)(xian)今我們觀(guan)察到的(de)(de)(de)形(xing)式呢(ni)(ni)?

我(wo)們(men)(men)可(ke)以(yi)藉由演化(hua)中保留(liu)(liu)原始性(xing)狀的(de)(de)物(wu)(wu)種(zhong)來推測(ce)生物(wu)(wu)演化(hua)初期(qi)的(de)(de)樣貌,這點對藍(lan)(lan)綠(lv)(lv)(lv)菌(jun)(jun)(jun)也是一(yi)樣。在20億年(nian)左右(you),藍(lan)(lan)綠(lv)(lv)(lv)菌(jun)(jun)(jun)分支(zhi)為(wei)兩(liang)群,一(yi)群為(wei)有(you)葉綠(lv)(lv)(lv)囊膜的(de)(de)冠群藍(lan)(lan)綠(lv)(lv)(lv)菌(jun)(jun)(jun)(Crown cyanobacteria; Phytobacteria)是我(wo)們(men)(men)現今(jin)熟(shu)知(zhi)的(de)(de)藍(lan)(lan)綠(lv)(lv)(lv)菌(jun)(jun)(jun),大多數藍(lan)(lan)綠(lv)(lv)(lv)菌(jun)(jun)(jun)皆屬於此類;另(ling)一(yi)群為(wei)沒有(you)葉綠(lv)(lv)(lv)囊膜的(de)(de)膠藻菌(jun)(jun)(jun)(Gloeobacteria),現今(jin)已知(zhi)只有(you)兩(liang)種(zhong)可(ke)在實驗室培養的(de)(de)種(zhong)類。因(yin)此,演化(hua)早期(qi)的(de)(de)代表(biao)性(xing)物(wu)(wu)種(zhong)不足,以(yi)及(ji)20億年(nian)間沒有(you)其(qi)他保留(liu)(liu)原始性(xing)狀的(de)(de)藍(lan)(lan)綠(lv)(lv)(lv)菌(jun)(jun)(jun),增加了我(wo)們(men)(men)了解光(guang)合作(zuo)用演化(hua)的(de)(de)困難。

在研究文章中,團(tuan)隊從巴拿馬雨(yu)林中的(de)(de)角蘚上分離培養出一(yi)株新種藍綠(lv)菌並命名為Anthocerotibacter panamensis,它屬於(wu)膠(jiao)(jiao)藻(zao)菌的(de)(de)一(yi)種,但(dan)在14億(yi)年前和(he)(he)(he)(he)膠(jiao)(jiao)藻(zao)菌的(de)(de)其(qi)他(ta)物種分支。它和(he)(he)(he)(he)其(qi)他(ta)膠(jiao)(jiao)藻(zao)菌一(yi)樣(yang)缺(que)少葉綠(lv)囊(nang)膜和(he)(he)(he)(he)生(sheng)理時(shi)鐘的(de)(de)基因,但(dan)不同的(de)(de)是,它的(de)(de)胡蘿蔔素(su)合成途徑和(he)(he)(he)(he)冠群藍綠(lv)菌相似。和(he)(he)(he)(he)冠群藍綠(lv)菌相比(bi),它缺(que)少光(guang)合作(zuo)用的(de)(de)一(yi)些基因,卻(que)依然能(neng)行光(guang)合作(zuo)用產(chan)生(sheng)氧氣。由於(wu)這個(ge)物種的(de)(de)發現,科學(xue)家們可以填補20億(yi)年到14億(yi)年的(de)(de)演化空白(bai),讓我們未來有機(ji)會可以更加瞭解光(guang)合作(zuo)用的(de)(de)演進(jin)過(guo)程。

何銘洋助(zhu)理教授感謝臺(tai)大、科技(ji)部(bu)愛因斯坦計(ji)畫(hua)和教育部(bu)玉山青年學(xue)者(zhe)計(ji)畫(hua)支持(chi)完成研(yan)究(jiu)。

文章(zhang)連(lian)結:

  • 圖1

    藍(lan)綠菌(jun)的(de)演化過程以及何銘洋實驗室助(zhu)理陳(chen)珮瑜拍攝之代(dai)表性照(zhao)片

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