普通愛麗莎細膩而貪婪，在鮮綠色的海藻叢上啃食奶牛，深深地尋找最佳選擇。
然而，這種一英寸長的海洋軟體動物不僅可以獲得美味的食物——它還可以被藻類的防御性化學物質污染，然后部署自己的捕食者。
在一項新的研究中，普林斯頓大學領導的研究小組發(fā)現，這些有毒化學物質來自新發(fā)現的生活在藻類中的細菌。研究小組發(fā)現，細菌已經變得如此依賴它們的藻類家園，以至于它們無法獨自生存。反過來，細菌至少將五分之一的代謝努力用于為宿主產生有毒分子。
這三種特征的交織故事——海鷗E. rufescens、苔蘚藻類和新發(fā)現的細菌——構成了一種三方共生關系。共生是幾個有機體密切互動的關系。在這個例子中，slu獲得食物和防御化學物質，藻類獲得化學物質，細菌以藻類宿主營養(yǎng)物的形式獲得家庭和生命的免費食物。
這項研究的資深作者、普林斯頓大學分子生物學助理教授穆罕默德多尼亞(Mohamed Donia)說：“這是一個復雜的系統(tǒng)，這三種生物之間的關系非常獨特。”“這極大地影響了我們對細菌、植物和動物如何形成機制依賴的理解，在這種機制依賴中，生物活性分子超越了最初的生產者，最終到達并受益于互動伙伴網絡?！?
普林斯頓大學和馬里蘭大學環(huán)境科學研究所海洋與環(huán)境技術研究所的研究人員使用強大的基因組技術來解決這個故事，以破譯誰在這種關系中做了什么。他們對slu、藻類及其微生物群的集體基因組信息進行了測序，這些微生物群是生活在這些生物體中的細菌。然后他們使用計算機算法來確定哪些基因屬于哪個生物。通過這種方式，他們發(fā)現了新的細菌物種，并將它們與毒素的產生聯系起來。
研究小組發(fā)現，他們命名為念珠菌內生菌的細菌物種產生了大約15種不同的毒素，稱為卡哈拉毒素。眾所周知，這些化學物質可以阻止周圍的魚類和其他海洋動物。由于其強大的毒性，至少有一種kahalalides被評估為潛在的抗癌藥物。
研究人員還發(fā)現，細菌在安全的生活中永久犧牲了它們的獨立性，因為它們不再擁有在藻類之外生存所需的基因。相反，大約五分之一的細菌基因組被用來提取有毒分子，防止捕食者吃掉細菌的家園。
一種能吃毒素的捕食者是赤眼蜂。Slu將它們儲存起來，并建造了一個比藻類中毒素濃度高十倍的化學武器庫。
該團隊提出的一個問題是，slu不僅得到了化學物質，還得到了工廠——細菌本身。然而，他們發(fā)現slu不能保留攝入的細菌，而是作為食物消化它們，只留下化學物質。
紅葉愛麗西亞，因其紅色而得名，生活在溫暖的淺水區(qū)，包括夏威夷。研究人員已經收集了這些slu.愛麗西亞屬于一系列“太陽能插頭”，因為它們將藻類的能量與防御性化學物質隔離在一起，制造光合機械，使它們成為世界上為數不多的從陽光中創(chuàng)造自身營養(yǎng)的動物之一。
多尼亞開始對藻類如何進行化學防御感興趣，因為其他海洋生物——如海綿和被囊動物——利用細菌共生體制造毒素。他決定研究毒素的化學結構，發(fā)現它們的結構表明它們是由細菌或真菌組成的。
為了得到幫助，他求助于包括這個系統(tǒng)在內的馬里蘭大學環(huán)境科學中心教授、世界海洋生態(tài)學專家拉塞爾希爾。希爾和他當時的研究生珍妮特戴維斯幫助多尼亞和普林斯頓的博士后研究員金東贊、李志遠和瑪麗亞迪亞里蒂亞尼羅收集夏威夷藻類和slu.贊和李是這項研究的共同第一作者。
希爾說：“我們的合作是基于同事們的工作，在穆罕默德的領導下，我們終于解開了真正的卡哈拉立德化合物制造商的長期謎團?！艾F在了解到優(yōu)秀的細菌以及它們合成這些復雜化合物的方法，非常令人滿意。”
該團隊將細菌與工廠進行了比較，因為這種生物以藻類提供的氨基酸形式消耗原材料，并以有毒化學物質的形式釋放成品。
多尼亞說，這種特殊的細菌共生現象的主題已經發(fā)展成為一種功能——為宿主制造防御分子，以換取受保護的生存空間——在海洋環(huán)境中出現了令人驚訝的普遍現象，從藻類到被子到海綿。
這是該團隊確定的第二種此類關系。他們在4月1日的《自然微生物學》雜志上發(fā)表的一項研究發(fā)現，一種細菌與海綿共生，可以產生毒素來保護海綿免受捕食。
多尼亞說：“最奇怪的是，海綿實際上已經進化出了一種特殊類型的細胞，我們稱之為‘細菌屬細菌’，并完全致力于培養(yǎng)和維持這種細菌的培養(yǎng)?！斑@很奇怪，因為一般只有少數特化的海綿細胞。同樣，這種細菌不能產生基質，也不能獨立生存?！?
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