撰文｜索加特·博拉赫（Saugat Bolakhe）
翻译｜赵欢
十多亿年前，一个饥饿的细胞吞噬了一簇小小的蓝藻。但是，该细胞与蓝藻之间演化出了一套互利机制，而不是简单地将它作为食物消化掉。现在，科学家正试图在实验室中重现这一令人惊叹的行为。
在最近一项发表于《日本科学院院刊·B系列》（the Proceedings of the Japan Academy, Series B）的研究中，研究人员将藻类用来光合作用的细胞器——叶绿体“移植”到仓鼠细胞中，结果发现，这些叶绿体可以在仓鼠细胞中将光转化为能量，且保持活性的时间至少有两天。
2021年，日本东京大学的生物学家松永幸大（Sachihiro Matsunaga）报道了海蛞蝓是如何“窃取”它们所吞食的藻类中的叶绿体，以便满足它们长达数周的能量需求。现在，松永幸大的团队想在其他动物细胞中重现这一机制。
科学家此前就曾尝试将植物叶绿体转移到真菌细胞中，但数小时内，细胞的清理机制就会启动并摧毁那些外来的细胞器。松永幸大的团队从一种生活在酸性火山温泉的红藻中收集到了一些耐受性极强的叶绿体，并将它们放入实验室培养的仓鼠卵巢细胞中。
利用离心机的低转速状态，研究人员从藻类细胞中分离出了叶绿体。然后，研究人员并没有像先前的研究那样刺破细胞膜，而是调整了培养基的成分，从而诱使动物细胞吞噬叶绿体，就像变形虫一样。松永幸大说，它们“误以为那些叶绿体是营养物质”。这些“移植”的叶绿体结构完整，并成功实现了电子转移，这是光能利用中的关键步骤，其功能可以维持两天之久。然而此前的研究显示，“移植”到另一个细胞后，叶绿体的功能通常只能维持几个小时。美国纽约大学格罗斯曼医学院的细胞生物学家耶夫·D.博克（Jef D. Boeke，未参与这项研究）表示：“它们能维持那么久，给我留下了深刻印象。”
德国马克思·普朗克生物物理研究所的结构生物学家维尔纳·库尔布兰特（Werner Kühlbrandt，未参与这项研究）表示：“问题是，动物细胞不具备制造和运输这些蛋白质所需的基因，因此在没有这些蛋白质的情况下，叶绿体很快就会分解。”接下来，松永幸大的团队计划尝试将维持光合作用的基因插入到动物细胞中，旨在提高这些细胞与外来叶绿体之间的匹配度。博克表示，这些类型的“移植”也许有朝一日可以帮助科学家开发出更多的活性材料，比如可吸收大气中二氧化碳的光合作用真菌或细菌，或是实验室里可利用叶绿体在光合作用过程中产生的氧气加速生长的类器官。不过，靠太阳能供能的世界还没有实现，松永幸大说，因为“这需要一个网球场大小、布满叶绿体的表面”。
本文选自《环球科学》2025年02月刊“前沿”栏目。
本文来自微信公众号“环球科学”。如需转载，请在“环球科学”后台回复“转载”，还可通过公众号菜单、发送邮件到newmedia@huanqiukexue.com与我们取得联系。相关内容禁止用于营销宣传。
