拥有合成叶绿素基因却不进行光合作用?——珊瑚寄生虫

  珊瑚寄生虫(corallicolids)属于顶复门(Apicomplexa),是一类专性细胞内寄生虫,算是疟原虫、弓形虫这些“名人”的远房亲戚。

  珊瑚寄生虫被发现的时间甚晚,直到2019年,科学家才给它们取了“corallicolids”(源自拉丁语,意为“珊瑚居民”)作为一个非正式的称呼,中文则常译为珊瑚寄生虫、珊瑚顶复虫或珊瑚感染型顶复体。

  珊瑚寄生虫生存在珊瑚的胃腔和细胞内,它们分布十分广泛,在海洋中几乎无处不在。调查发现,全球大约70%以上的硬珊瑚体内都有珊瑚寄生虫分布,不管是热带浅海的珊瑚,还是寒冷深海珊瑚,都能看见它们的身影。

  珊瑚寄生虫及其宿主(图片来源于plosone期刊)

  珊瑚寄生虫大多数情况下并不会对珊瑚造成显著危害(即不会像白斑病那样造成珊瑚组织坏死),但这也并不意味着珊瑚寄生虫能和珊瑚和谐共生。实验证明,当珊瑚健康时,珊瑚寄生虫就是安静的“房客”;当珊瑚因为高温、白化、污染等压力变虚弱时,珊瑚寄生虫丰度便会上升,与珊瑚的关系可能从“共存”转向“轻度寄生”或“机会性加重负担”。

  最为特殊的是,珊瑚寄生虫明明还保留着合成叶绿素的基因,拥有制造叶绿素所需要的几种关键酶,但它们完全不进行光合作用!这是生物学上已知第一个同时具备“叶绿素合成能力”却彻底放弃光合作用的类群。

  这种奇特现象背后的原理则是,珊瑚寄生虫细胞里有一个叫做非光合质体(apicoplast)的结构,这个结构在顶复门寄生虫里非常常见,但绝大多数项复门亲戚都已经把叶绿素合成相关的基因丢得差不多了。而珊瑚虫却还保留着这部分“老古董基因组”,根据这个性质,科学家们推测它们是项复门寄生虫演化的中间体,正处在从光合作用向寄生过渡的特殊阶段。正从这个性质,科学家们也对寄生生活和质体功能的演化有了全新认识。

  现目前,珊瑚寄生虫还存有诸多谜团等待揭晓。与珊瑚的关系上,科学家还在争论它们到底是作为珊瑚的“病原体”,还是处在一个与珊瑚长期稳定共存的内共生/内寄生关系。它们保留叶绿素合成基因的原因现目前也是一个未解之谜。有科学家猜测,这可能是因为珊瑚寄生虫是远古某种光合藻类后代,逐渐“改行”当了寄生虫,它们的叶绿素生产线虽然已失去作用,但它们并没有完全将这条生产线关闭。

  下次当你看到色彩斑斓的珊瑚礁时,不妨想象一下:在珊瑚的消化腔里,正有一群微小的、神秘的“叶绿素持有者”,过着一种既像寄生虫、又保留了点藻类祖先痕迹的奇特生活。

  参考文献:

  [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:厦门大学环境与生态学院2025级本科生刘骏杭。

  本文由海洋负排放(ONCE)国际大科学计划、厦门大学碳中和创新研究中心支持。

责编:微科普

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