精品国模一区二区三区,人成在线视频,天天操天天撸

未知的海洋浮游植物光合作用過程可能產(chǎn)生了地球總氧氣產(chǎn)量的12%

2023-06-30 11:29:42 來源：cnBeta

根據(jù)最近的研究，你剛剛進(jìn)行的 10 次呼吸中有1次是由于一種新發(fā)現(xiàn)的促進(jìn)海洋浮游植物光合作用的細(xì)胞機(jī)制而帶來的氧氣。加州大學(xué)圣地亞哥分校斯克里普斯海洋學(xué)研究所的一組研究人員稱這種迄今未知的機(jī)制為“groundbreaking”，它負(fù)責(zé)海洋中 7% 至 25% 的氧氣生產(chǎn)和碳固定。考慮到陸地上的光合作用，據(jù)估計(jì)，這一過程可產(chǎn)生高達(dá)地球總氧氣量的 12%。

(資料圖片)

科學(xué)家們?cè)缇驼J(rèn)識(shí)到浮游植物（在水生環(huán)境中漂浮的微生物）的重要性，因?yàn)樗鼈兙哂泄夂献饔玫哪芰Α?這些微小的海洋藻類構(gòu)成了水生食物網(wǎng)的基礎(chǔ)，估計(jì)產(chǎn)生了地球上約 50% 的氧氣。

這項(xiàng)新研究于 5 月 31 日發(fā)表在《當(dāng)代生物學(xué)》雜志上，確定了質(zhì)子泵酶（稱為 VHA）如何幫助浮游植物全球產(chǎn)生氧氣和固碳。

“這項(xiàng)研究代表了我們對(duì)海洋浮游植物理解的突破，”主要作者 Daniel Yee 說，他在攻讀博士學(xué)位期間進(jìn)行了這項(xiàng)研究。斯克里普斯海洋學(xué)學(xué)生，目前擔(dān)任歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室和法國格勒諾布爾阿爾卑斯大學(xué)聯(lián)合博士后研究員。 “經(jīng)過數(shù)百萬年的進(jìn)化，海洋中的這些小細(xì)胞進(jìn)行微小的化學(xué)反應(yīng)，特別是產(chǎn)生這種增強(qiáng)光合作用的機(jī)制，從而塑造了這個(gè)星球上的生命軌跡。”

Yee 與斯克里普斯生理學(xué)家 Martín Tresguerres（他的共同顧問之一）以及斯克里普斯和勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室的其他合作者密切合作，揭示了稱為硅藻的特定浮游植物群的復(fù)雜內(nèi)部運(yùn)作機(jī)制，硅藻是著名的單細(xì)胞藻類。因?yàn)樗鼈兊难b飾性細(xì)胞壁是由二氧化硅制成的。

了解“質(zhì)子泵”酶

Tresguerres 實(shí)驗(yàn)室之前的研究致力于確定各種生物體如何在對(duì)海洋生命至關(guān)重要的過程中使用 VHA。這種酶幾乎存在于從人類到單細(xì)胞藻類的所有生命形式中，其基本作用是改變周圍環(huán)境的 pH 值。

“我們將蛋白質(zhì)想象成樂高積木，”研究合著者 Tresguerres 解釋道。 “這些蛋白質(zhì)總是做同樣的事情，但根據(jù)它們與其他蛋白質(zhì)的配對(duì)，它們可以實(shí)現(xiàn)截然不同的功能。”

在人類中，這種酶有助于腎臟調(diào)節(jié)血液和尿液功能。巨蛤利用這種酶溶解珊瑚礁，并分泌一種酸，在珊瑚礁上鉆洞以躲避。珊瑚利用這種酶來促進(jìn)共生藻類的光合作用，而被稱為食骨蠕蟲的深海蠕蟲則利用這種酶來溶解鯨魚等海洋哺乳動(dòng)物的骨頭，以便它們吃掉它們。這種酶也存在于鯊魚和鰩魚的鰓中，是調(diào)節(jié)血液化學(xué)機(jī)制的一部分。在魚眼中，質(zhì)子泵有助于輸送氧氣，從而增強(qiáng)視力。

回顧之前的研究，Yee 想知道 VHA 酶是如何在浮游植物中使用的。他著手通過結(jié)合 Tresguerres 實(shí)驗(yàn)室的高科技顯微鏡技術(shù)和已故斯克里普斯科學(xué)家 Mark Hildebrand 實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的遺傳工具來回答這個(gè)問題，Mark Hildebrand 是硅藻方面的領(lǐng)先專家，也是 Yee 的聯(lián)合顧問之一。

使用這些工具，他能夠用熒光綠色標(biāo)簽標(biāo)記質(zhì)子泵，并將其精確定位在葉綠體周圍，葉綠體被稱為“細(xì)胞器”或硅藻細(xì)胞內(nèi)的特殊結(jié)構(gòu)。與其他藻類相比，硅藻的葉綠體被一層額外的膜包圍，包圍著二氧化碳和光能轉(zhuǎn)化為有機(jī)化合物并以氧氣形式釋放的空間。

“我們能夠生成這些圖像，顯示感興趣的蛋白質(zhì)以及它在具有許多膜的細(xì)胞內(nèi)部的位置，”Yee 說。 “結(jié)合量化光合作用的詳細(xì)實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)這種蛋白質(zhì)實(shí)際上通過提供更多的二氧化碳來促進(jìn)光合作用，葉綠體利用二氧化碳來產(chǎn)生更復(fù)雜的碳分子，如糖，同時(shí)還產(chǎn)生更多的氧氣作為副產(chǎn)品。產(chǎn)品。”

建立了底層機(jī)制后，團(tuán)隊(duì)就能夠?qū)⑵渑c進(jìn)化的多個(gè)方面聯(lián)系起來。硅藻源自大約 2.5 億年前原生動(dòng)物和藻類之間的共生事件，最終導(dǎo)致兩種生物融合為一，稱為共生。作者強(qiáng)調(diào)，一種細(xì)胞消耗另一種細(xì)胞的過程（稱為吞噬作用）在自然界中廣泛存在。吞噬作用依靠質(zhì)子泵來消化作為食物來源的細(xì)胞。然而，就硅藻而言，發(fā)生了一些特殊的情況，被吃掉的細(xì)胞沒有被完全消化。

捕食者的質(zhì)子泵驅(qū)動(dòng)的酸化最終促進(jìn)了所攝入獵物的光合作用，而不是一個(gè)細(xì)胞消化另一個(gè)細(xì)胞。隨著進(jìn)化時(shí)間的推移，這兩種獨(dú)立的生物體融合為一，就是我們現(xiàn)在所說的硅藻。

并非所有藻類都具有這種機(jī)制，因此作者認(rèn)為這種質(zhì)子泵使硅藻在光合作用方面具有優(yōu)勢(shì)。他們還指出，當(dāng)硅藻在2.5億年前起源時(shí)，大氣中的氧氣大幅增加，藻類中新發(fā)現(xiàn)的機(jī)制可能在其中發(fā)揮了作用。

據(jù)信，從地下提取的大多數(shù)化石燃料都源自沉入海底的生物質(zhì)（包括硅藻）經(jīng)過數(shù)百萬年的轉(zhuǎn)化，從而形成了石油儲(chǔ)備。研究人員希望他們的研究能夠?yàn)楦纳乒夂献饔谩⑻挤獯婧蜕锊裼蜕a(chǎn)的生物技術(shù)方法提供靈感。此外，他們認(rèn)為這將有助于更好地了解全球生物地球化學(xué)循環(huán)、生態(tài)相互作用以及氣候變化等環(huán)境波動(dòng)的影響。

“這是過去幾十年共生領(lǐng)域最令人興奮的研究之一，它將對(duì)全世界未來的研究產(chǎn)生巨大影響，”Tresguerres說。

關(guān)鍵詞：