我国科学家发现两个最新单细胞绿藻的基因组

国安网 刘艳 2019-11-18 10:36:51
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  我国科学家发现两个最新单细胞绿藻的基因组——
  陆地植物的共同祖先原来是它
   经济日报·中国经济网记者 常 理

我国科学家发现两个最新单细胞绿藻的基因组

  A、B、C、D分别为轮藻科、鞘翅目、片麻岩科、苔类植物电镜图。 (资料图片)

  生命起源于海洋。但远古海洋中的绿藻,是如何登上陆地并演化成陆地上千姿百态的植物群落的?长期以来一直是科学界研究的焦点。

  日前,中国农业科学院基因组所合成生物学中心程时锋团队联合多位科学家发布一项重大成果:他们发现了两个最新单细胞绿藻的基因组,成功揭示了其与陆地植物共同祖先,在5亿年前突破了干旱适应成功登陆的分子机制。

  地球上的生命从诞生,到海洋出现,再到出现原核生命、真核生命,经历了数十亿年的漫长进化。长期以来,有关远古海洋中的绿藻,是如何登上陆地并演化成陆地上千姿百态的植物群落的疑问,一直是科学界研究的焦点。

  日前,中国农业科学院基因组所合成生物学中心程时锋团队联合德国、加拿大、俄罗斯与深圳华大基因的科学家发布一项重大成果,联合团队发现了两个最新单细胞绿藻的基因组,揭示了其与陆地植物共同祖先在5亿年前突破了干旱适应成功登陆的分子机制。该成果已于11月14日在线发表于国际权威期刊《细胞》上。

  海洋生物的“登陆”之谜

  约15亿年前,当陆地上还不存在任何生命之时,海洋中出现了可以进行光合作用的真核生命。此后的数亿年里,原始的藻类在海洋中大量形成。任何生命都有进化、发展的本能,大约5亿至6亿年前,生活在海洋中的藻类开始蠢蠢欲动,向陆地进发,出现了植物陆地化事件。

  这是一个漫长而复杂的演化过程,原本生活在水中的藻类,如何适应土壤生存,怎么获取水分、养分,这些现在看起来好像很容易达成的能力,在数亿年前,是生命体进化过程中无法逾越的巨大鸿沟。

  在潮起潮落、沧海桑田的跌宕变迁中,地球上的地理生境也发生了巨大改变。江河湖泊、河床、近海泥沼、水坑等开始出现,许多地方的咸水慢慢演变成淡水。与此同时,藻类开始与土壤细菌混合互作,并发展出新的营养获取方式。又经过了数亿年的演变,这些藻类进化出了维管植物、裸子植物、被子植物,并最终形成我们今天千姿百态的陆生植物群。

  植物陆地化事件深刻改变了整个地球的生态系统,是地球表面“变绿”和多样性爆发的起点。它们为高等生命,包括人类,提供了包括氧气、食品、营养和天然药物等必需的物质基础。

  值得一提的是,在过去几十亿年的生命演化过程中,有多个类群的光合真核生物都曾突破干旱适应,成功登上陆地。但科学家们发现,几乎所有的化石与分子证据均表明,现存陆地植物的起源来源于一次单一登陆事件。也就是说,只有一种类似藻类的生命才是陆地植物的共同祖先。而其他藻类虽然也陆陆续续成功登陆并生存下去,比如我们现在看到的硅藻、蓝藻等,但它们缺乏进一步向更高等形态进化的能力,因此不是陆地植物的共同祖先。

  全世界的植物分类学家和进化学家们在不同地区做过不同程度的研究,分析过最简单原始的基部陆地植物,如藓、苔、角苔类植物,因为这些植物生活在水与陆地接壤或是潮湿的地方,最接近数亿年前藻类登陆的情境。

  在此基础上,科学家们最终将答案锁定在轮藻目、鞘毛藻目,以及形态简单得多的双星藻纲中。这3个类目的藻类,究竟谁才是陆地植物共同的祖先?对于这个问题,科学界一直没有停止过争论。