草履虫,初中生物课本的“明星”,以至于毕业多年后一提到“单细胞生物”,首先想到的就是草履虫。绿草履虫就是草履虫家族中比较独特的一位,她的细胞质内存活有数以百计的内共生小球藻,呈绿色。
在这绚丽多彩的自然界中,存在着多种多样的“内共生”现象。所谓“共生”就是多种不同生物体之间在长期自然选择中形成一种密切、相互依赖的互利关系,有偏利共生、互惠共生等。这里的“内”指的是一种生物生活在另一种生物体内或细胞内的一种共生形式。
绿草履虫的内共生系统还处在一种比较初级的阶段,通过物理或化学方法将宿主和共生体分开后,两者都可以独立存活,而将二者混合后又可以迅速建立起内共生关系。在内共生建立过程中,草履虫细胞内的PV膜泡结构(Perialgal Vacuole membrane)起到了关键作用。
绿草履虫和小球藻之间的“和平共处”小球藻在内共生的状态下,不但可以健康存活,还可以随着草履虫的增殖而进行分裂,这样它们的数量不会因为宿主细胞的不断分裂而减少。最近,中科院北京生科院的赵方庆团队与中科院大学的苗苗团队研究发现,绿草履虫可以通过调节谷氨酰胺的合成,来控制所“圈养”的内共生小球藻。
更令人惊讶的是,在长期进化过程中,绿草履虫结合和运输氧气的能力在减弱,这可能是由于内共生小球藻可以为其提供充足的氧气。然而,在特定条件下这也会对其带来显著的负面后果:当绿草履虫不再携带小球藻或缺乏足够光照时,其细胞体积会变小,增殖速度减慢,独立生活的能力也会减弱。
在这一内共生系统中,绿草履虫处于统治地位,它们根据自己的“利益收支”来决定内共生小球藻的数目。这种完美的共存,是生命的本能,也是自然选择的结果。