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撰文｜索加特·博拉赫（Saugat Bolakhe）
翻譯｜趙歡
十多億年前，一個飢餓的細胞吞噬了一簇小小的藍藻。但是，該細胞與藍藻之間演化出了一套互利機制，而不是簡單地將它作為食物消化掉。現在，科學家正試圖在實驗室中重現這一令人驚歎的行為。
在最近一項發表於《日本科學院院刊·B系列》（the Proceedings of the Japan Academy, Series B）的研究中，研究人員將藻類用來光合作用的細胞器——葉綠體“移植”到倉鼠細胞中，結果發現，這些葉綠體可以在倉鼠細胞中將光轉化為能量，且保持活性的時間至少有兩天。
2021年，日本東京大學的生物學家松永幸大（Sachihiro Matsunaga）報道了海蛞蝓是如何“竊取”它們所吞食的藻類中的葉綠體，以便滿足它們長達數週的能量需求。現在，松永幸大的團隊想在其他動物細胞中重現這一機制。
科學家此前就曾嘗試將植物葉綠體轉移到真菌細胞中，但數小時內，細胞的清理機制就會啟動並摧毀那些外來的細胞器。松永幸大的團隊從一種生活在酸性火山溫泉的紅藻中收集到了一些耐受性極強的葉綠體，並將它們放入實驗室培養的倉鼠卵巢細胞中。
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利用離心機的低轉速狀態，研究人員從藻類細胞中分離出了葉綠體。然後，研究人員並沒有像先前的研究那樣刺破細胞膜，而是調整了培養基的成分，從而誘使動物細胞吞噬葉綠體，就像變形蟲一樣。松永幸大說，它們“誤以為那些葉綠體是營養物質”。這些“移植”的葉綠體結構完整，併成功實現了電子轉移，這是光能利用中的關鍵步驟，其功能可以維持兩天之久。然而此前的研究顯示，“移植”到另一個細胞後，葉綠體的功能通常只能維持幾個小時。美國紐約大學格羅斯曼醫學院的細胞生物學家耶夫·D.博克（Jef D. Boeke，未參與這項研究）表示：“它們能維持那麼久，給我留下了深刻印象。”
德國馬克思·普朗克生物物理研究所的結構生物學家維爾納·庫爾布蘭特（Werner Kühlbrandt，未參與這項研究）表示：“問題是，動物細胞不具備製造和運輸這些蛋白質所需的基因，因此在沒有這些蛋白質的情況下，葉綠體很快就會分解。”接下來，松永幸大的團隊計劃嘗試將維持光合作用的基因插入到動物細胞中，旨在提高這些細胞與外來葉綠體之間的匹配度。博克表示，這些型別的“移植”也許有朝一日可以幫助科學家開發出更多的活性材料，比如可吸收大氣中二氧化碳的光合作用真菌或細菌，或是實驗室裡可利用葉綠體在光合作用過程中產生的氧氣加速生長的類器官。不過，靠太陽能供能的世界還沒有實現，松永幸大說，因為“這需要一個網球場大小、佈滿葉綠體的表面”。
本文選自《環球科學》2025年02月刊“前沿”欄目。
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