真核生物也能固氮？硝質體改寫生命固氮規則！

什么是固氮呢？說起來很簡單，就是從我們空氣里邊把氮氣拿出來，變成我們生物體能夠利用的這樣一些含氮的化合物，比如說氨、硝酸鹽等等之類的。一直以來，科學家認為只有古菌還有細菌這些特別簡單的東西才能夠固氮。比如說我們很熟悉的藍藻（藍細菌），它就會形成異形胞，它可以放棄曬太陽的能力，變得專門去吸收氮氣，然后轉化成為氮肥，供前后左右的所有藍細菌一起生長，這是一種方式。另外一種就是我們熟悉的大豆，大豆之所以能夠長得那么快，它們的蛋白質含量可以這么高，就是因為有一種叫做根瘤菌的革蘭氏陰性細菌，它可以和它們的根部共生在一起，幫助它們源源不斷地提供氮肥，所以說大豆可以長得很快，而且還可以產生足夠足夠的蛋白質。

直到 2024 年，兩篇頂刊文章發布出來，才告訴我們說：誰說真核細胞不能夠固氮的？海洋里邊有一種真核的藻類，它里邊就已經含有一個叫做硝質體的細胞器。這個是由喬納森?澤爾，就是這位老先生研究組發現的。

這是一個很漫長的過程，他從 1998 年的時候，當年還很年輕的喬納森?澤爾，就在海洋里邊發現了一段小小的 DNA，他覺得這段 DNA 具有固氮的能力和潛力，但是他不知道這個基因從哪來的，他就命名這一段基因的主人叫做 UCYN-A。后來他終于找到了這樣一個對應的、他認為的細菌，這樣一個對應的宿主。2012 年的時候，他們進一步發現這樣一個細菌好像跟一種叫做貝氏布拉藻的真核藻類，它們是緊密共生在一起的，它們互相扶持，是一種共生關系。但是到了 2024 年的時候，這樣一個認識進一步深入下去，發現它們不是簡單的共生在一起，而它們已經是一體，就好像是一男一女談戀愛，談了很長時間以后，終于決定我們兩個要走到一起了，然后形成一個家庭，就是這樣的一個變化。2024 年我們知道它們已經是一家人了。

那么怎么樣通過實驗發現的呢？他們用了兩種特別先進的方式：一種是軟 X 射線的斷層掃描，直接看到了一個貝氏布拉藻，它在分裂前，會將紅色的這樣一個硝質體先一分為二，復制兩份，然后在分裂的時候，平均地分到兩個細胞里邊去，保證所有子代細胞里邊都會有這個細胞器，這是第一個方法；第二個是用蛋白質組學研究以后發現，這樣一個紅色的硝質體，它生長生活時候所需要的蛋白質里邊，50% 以上是由貝氏布拉藻提供的，它沒有獨立生活能力，完全是要和這樣一個宿主完全共生在一起的。所以說通過一系列實驗，還有另外一篇生理方面的實驗，最后證明，第一種固氮的細胞器確實是存在的。

這樣的一個發現本身很重要，因為我們可以把它放到各種各樣的植物里邊去，各種高等生物里邊去，以后我們是不是就可以少放氮肥了？它自己就可以自產自銷，這個是非常非常重要的事情。但是另外一件事情，它其實在提醒我們，真核生物，包括我們在座的所有小伙伴在內的真核生物，我們的能力可能不止眼前這樣的一個水平，我們是完全有可能通過提供新的細胞器強化我們，我們也可以在生物層面上增強我們，讓我們變成不一樣的存在。