科学家发现无需维生素B12就能生存的藻类
最近的一项研究发现，南大洋原生藻类 Phaeocystis antarctica（南大洋棕囊藻）可以在没有维生素 B12 的情况下茁壮成长，这对以前的假设提出了挑战。这一发现表明，这种藻类通过一种独特的基因能够适应维生素 B12 的缺乏，对南极生态系统、气候变化模型以及未来有关藻类在不断变化的环境中的生存策略的研究都有意义。
缺乏维生素 B12 会导致严重的健康问题，甚至可能致命。迄今为止，人们一直认为缺乏维生素 B12 也会影响某些类型的藻类。然而，最近对暴露于各种铁和维生素 B12 条件下的棕囊藻（Phaeocystisantarctica）进行的一项研究表明，这些生物在没有 B12 的情况下也能生存。这一发现与早先通过计算机基因组序列分析得出的预测相矛盾，表明藻类对 B12 缺乏具有意想不到的适应能力。
这种藻类原产于南大洋，一开始是单细胞，可以转化成毫米级的菌落。这项研究发表在《美国科学院院刊》（PNAS）上，由麻省理工学院、世界卫生组织科学研究所（WHOI）、J.C. 文特尔研究所（J.C. Venter Institute）和斯克里普斯海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography，UCSD）共同完成。研究发现，与其他关键性极地浮游植物不同的是，棕囊藻可以在有或没有维生素 B12 的情况下存活。
这项研究的共同作者之一、伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）资深科学家 Makoto Saito 说："维生素 B12 对藻类的新陈代谢非常重要，因为它能让藻类更有效地制造一种关键氨基酸。当无法获得维生素 B12 时，生命就有办法更慢地制造这些氨基酸，导致它们的生长速度也变慢。在这种情况下，制造氨基酸蛋氨酸的酶有两种形式，一种需要 B12，另一种则慢得多，但不需要 B12。这意味着棕囊藻有能力适应并在 B12 含量低的情况下生存。"
研究人员在罗斯海的帕尔默号考察船上对棕囊藻进行研究。资料来源：Makoto Saito
研究人员在实验室培养物中研究了棕囊藻的蛋白质，并在野外样本中寻找关键蛋白质，从而得出结论。在观察过程中，他们发现这种藻类有一种不依赖于 B12 的蛋氨酸合成酶融合蛋白（MetE）。MetE基因并不是新的基因，但以前认为棕囊藻并不具备这种基因。MetE 使藻类能够灵活地适应维生素 B12 含量低的情况。
"这项研究表明，实际情况更为复杂。"该研究的首席研究员、前麻省理工学院博士后迪帕-拉奥（Deepa Rao）说："对于大多数藻类来说，保持灵活的新陈代谢对B12是有益的，因为海水中的维生素供应非常稀缺。有了这种灵活性，即使它们无法从环境中获得足够的维生素，也能制造必需氨基酸。这意味着，将藻类划分为需要或不需要B12可能过于简单化了。"
一座冰山漂浮在南极洲寒冷的海水中。图片来源：伍兹霍尔海洋研究所 Makoto Saito 拍摄
生活在食物网底部的南极洲一直被认为完全受铁营养的控制。MetE 基因的发现还表明，维生素 B12 也可能是一个因素。由于棕囊藻中含有维生素 B12，这种藻类的适应能力使其具有在早春绽放的潜在优势，因为此时产生 B12 的细菌比较稀少。
这一发现对气候变化也有影响，棕囊藻所在的南大洋在地球碳循环中发挥着重要作用，它通过光合作用吸收二氧化碳并释放氧气。
"随着全球气候变暖，越来越多的铁从融化的冰川中进入南大洋沿岸，"Saito 说。"预测铁元素之后的下一个限制因素非常重要，B12 似乎就是其中之一。"气候建模人员想知道海洋中生长了多少藻类，以便做出正确的预测，他们已经将铁参数化，但还没有将 B12 纳入这些模型中。
"我们尤其有兴趣了解藻类多样性的程度。"这项研究的合著者、加州大学圣迭戈分校 J. Craig Venter 研究所和斯克里普斯海洋学研究所的联合教授 Andy Allen 说："我们很想知道独立于 B12 的藻类在温暖的南大洋中是否具有竞争优势。由于在新陈代谢效率方面B12的独立性是有代价的，因此一个重要的问题是，需要维生素B12的品种是否会变得依赖于生产B12的细菌"。
发现棕囊藻有能力适应最低限度的维生素B12供应后，发现以前被认为严格使用维生素B12的许多其他藻类也有同样的能力。这项研究的发现将为今后有关碳循环以及不同类型的藻类如何在南大洋寒冷恶劣的环境中生存的研究铺平道路。
编译来源：ScitechDaily
