据英国《自然》杂志网站报道,加拿大科学家在斑点蝾螈的细胞内观察到一种能进行光合作用的藻类,首次发现脊椎动物细胞也能与藻类形成内共生关系。这一发现挑战了传统观点,即脊椎动物的免疫系统会清除细胞内任何外来生物,并为研究脊椎动物细胞的自体识别能力提供了新视角。
加拿大达尔豪斯大学的瑞恩·柯内(Ryan Kerney)在研究斑点蝾螈(Ambystoma maculatum)胚胎时意外获得这一发现。蝾螈的胚胎卵呈翡翠绿色,这种颜色来自胚胎本身及其胶状胞囊中的单细胞藻类——Oophila amblystomatis。长期以来,人们认为这种藻类与蝾螈是外部共生关系:藻类生活在胚胎外,利用胚胎产生的含氮废物,同时通过光合作用为胚胎提供氧气。
然而,在2010年7月28日于乌拉圭埃斯特角城召开的第九届国际脊椎动物形态学大会上,柯内报告称,这些藻类实际上遍布于蝾螈的体细胞和胚胎细胞内部,直接在细胞内进行光合作用,生成氧气和碳水化合物。这种密切的内共生关系此前仅在无脊椎动物(如珊瑚)中发现,从未在脊椎动物中观察到。
柯内最初通过长时间荧光照射未孵化的蝾螈胚胎,发现胚胎细胞内含有叶绿素。随后,他使用透射电子显微镜(TEM)进一步观察,发现蝾螈细胞内的藻类周围聚集着大量线粒体。线粒体是细胞进行有氧呼吸、产生能量的场所,其聚集在藻类周围可能有助于高效利用藻类光合作用产生的氧气和碳水化合物。
理论上,脊椎动物的免疫系统会识别并清除细胞内无法识别的外来生物,因此藻类能在蝾螈细胞内长期存活令人费解。研究人员推测,要么蝾螈的细胞暂时关闭了自体免疫反应,要么藻类进化出了逃避宿主免疫机制的能力。
柯内还发现,成年雌性斑点蝾螈的输卵管内也存在绿藻,而输卵管正是胶状胞囊形成的地方。这表明共生藻可能通过母体的胶状胞囊垂直传递给后代。
美国加州大学伯克利分校的退休教授大卫·维克(David Wake)评论说,如果藻类真的能进入生殖细胞,那么“脊椎动物细胞会杀死体内异己生物”的观点将受到严重挑战。这一发现有助于研究脊椎动物细胞自体识别能力的形成机制。蝾螈以其强大的再生能力著称,其已分化的细胞能去分化并转变成其他细胞类型,这可能与其独特的自体识别能力有关。