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更新日期:110年6月2日

新種藍綠菌有助於解開光合作用演化之謎 成果榮登國際知名期刊Current Biology

本校生命科學系何銘洋助理教授和美國康乃爾大學Boyce Thompson Institute李飛葦助理教授跨國團隊合作,在角蘚(hornwort)上發現一株演化早期分支的新種藍綠菌。此藍綠菌是在14億年前和最相近的藍綠菌演化分歧而來,其原始特徵以及和現生藍綠菌的差異,有助於我們了解光合作用的演進過程。該論文於2021年5月13日刊登於國際知名期刊《當代生物學》(Current Biology)。

首先,甚麼是藍綠菌?藍綠菌,又稱藍綠藻,是最早行光合作用產生氧氣的物種,約在25億年前出現,是現生所有藻類和植物的祖先。藻類和植物細胞裡面行光合作用胞器—葉綠體,就是藍綠菌經由內共生演化而來的。

為什麼研究藍綠菌很重要?因為有助於了解光合作用的演化過程和多樣性。藍綠菌在25億年前出現,經過這麼長的時間,依然在環境中行光合作用放出氧氣,像現在海洋中產生氧氣的四分之一就是藍綠菌提供的。現在我們可以從現生的藍綠菌、藻類和植物中觀察光合作用,但光合作用是否在25億年間一成不變呢?光合作用又是怎麼演化成現今我們觀察到的形式呢?

我們可以藉由演化中保留原始性狀的物種來推測生物演化初期的樣貌,這點對藍綠菌也是一樣。在20億年左右,藍綠菌分支為兩群,一群為有葉綠囊膜的冠群藍綠菌(Crown cyanobacteria; Phytobacteria)是我們現今熟知的藍綠菌,大多數藍綠菌皆屬於此類;另一群為沒有葉綠囊膜的膠藻菌(Gloeobacteria),現今已知只有兩種可在實驗室培養的種類。因此,演化早期的代表性物種不足,以及20億年間沒有其他保留原始性狀的藍綠菌,增加了我們了解光合作用演化的困難。

在研究文章中,團隊從巴拿馬雨林中的角蘚上分離培養出一株新種藍綠菌並命名為Anthocerotibacter panamensis,它屬於膠藻菌的一種,但在14億年前和膠藻菌的其他物種分支。它和其他膠藻菌一樣缺少葉綠囊膜和生理時鐘的基因,但不同的是,它的胡蘿蔔素合成途徑和冠群藍綠菌相似。和冠群藍綠菌相比,它缺少光合作用的一些基因,卻依然能行光合作用產生氧氣。由於這個物種的發現,科學家們可以填補20億年到14億年的演化空白,讓我們未來有機會可以更加瞭解光合作用的演進過程。

何銘洋助理教授感謝臺大、科技部愛因斯坦計畫和教育部玉山青年學者計畫支持完成研究。

文章連結:A novel thylakoid-less isolate fills a billion-year gap in the evolution of Cyanobacteria

  • 圖1

    藍綠菌的演化過程以及何銘洋實驗室助理陳珮瑜拍攝之代表性照片

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