科学家们发现了一种海洋藻类，它含有一种能够从大气中收集氮的细胞器 —— 这种能力以前被认为是某些共生细菌的专有领域。
这一发现背后的国际研究团队认为，这种藻类的天赋源于一种内共生关系，一种固氮蓝藻被一种祖先的海洋藻类细胞吞没。然后，在一个相互依赖的极端情况下，细菌完全放弃了自己的有机体，放弃了许多基因，转而依赖单细胞藻类的支持。
这远不是微生物结合导致细胞器官形成的唯一例子。叶绿体（将阳光转化为能量的微小工厂，如果没有这些工厂，地球上的大多数生命都是不可能的）和线粒体（细胞的发电厂，产生可用形式的能量）等生物化学巨星也开始作为微生物的共有库安排。
不过，并不是每天都能遇到一种全新的细胞器，科学家们将其称为“硝化质体”。事实上，这只是有记载的第四个原生内共生的例子。
加州大学圣克鲁斯分校的生物学家泰勒·科尔说：“细胞器从这些类型的东西中产生是非常罕见的。”他是最近两篇关于这一发现的论文之一的第一作者。
“我们第一次认为它发生了，它产生了所有复杂的生命，”他说，指的是线粒体的起源。“任何比细菌细胞更复杂的东西都要归功于这一事件。”
然后，大约10亿年前，叶绿体又发生了同样的事情，给了我们植物。
固氮细菌对世界各地植物的生存至关重要。它们通常生活在根瘤中，如果你曾经在花园里挖出豌豆或豆类植物，你可能会发现它们。到目前为止，人们认为这种关系的唯一形式是一种共生形式。
这种固氮结构是在贝氏布拉藻（Braarudosphaera bigelowii）及其亲属中发现的，这些海藻遍布世界海洋，化石记录可以追溯到大约1亿年前。
然而，几十年来，研究人员一直在实验室里努力培养这种藻类，所以他们无法确定它的固氮成分UCYN-A是一种共生细菌，还是已经放弃了独立性，成为一种细胞器。
今年三月早些时候，加州大学圣克鲁斯分校海洋生物学家乔纳森·泽尔和其他合作者在《细胞》杂志上发表了一篇论文，表明UCYN-A确实具有细胞器的特征，包括与其藻类宿主生长相关的尺寸增加，这表明它们的代谢是内在联系的。
但乔纳森·泽尔解释说，只有当共生体开始“扔掉DNA片段”时，共生才会变成普通的生物共生。
由于这种共生入侵者位于细胞核外，它的遗传物质在有性繁殖过程中不会与细胞自身的DNA一起被重组，从而在几代人之间保持不变。另一方面，宿主细胞核外的任何DNA都有更大的被破坏的风险，增加了共生客体不能再作为一个独立细胞发挥作用的几率。
这就是科尔、泽尔和同事们在随后的研究中发现的：UCyn-A的基因组已经缩小了如此之多，以至于它依赖于进口贝氏布拉藻制造的蛋白质。
泽尔说：“它们的基因组变得越来越小，它们开始依赖母细胞来获得这些基因产物 —— 或者蛋白质本身 —— 来运输到细胞中。”
这两种不同生物融合的时刻打破了进化的线性概念，提醒我们，即使在最基本的层面上，生命也比我们往往意识到的要流动得多，相互联系得多。
但科学家们认为，这一发现也可能对农业和海洋科学产生重要影响。从热带到北极，在世界各地的海洋中都发现了不同的UCYN-A菌株，因此硝基质体可能是海洋蛋白质生产的主要贡献者。
这项研究发表在《科学与细胞》杂志上。
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