夏威夷大學(xué)馬諾阿分校海洋學(xué)系微生物海洋學(xué)中心：研究和教育( C-MORE )的一個研究小組宣布在夏威夷水域發(fā)現(xiàn)了兩種新的和不尋常的硅藻(浮游植物)物種。與加州大學(xué)圣克魯斯分校和加州州立大學(xué)圣馬科斯分校的合作者。還發(fā)現(xiàn)這些生物可以固定氮，這是一個關(guān)鍵過程，可以將氣態(tài)氮轉(zhuǎn)化為一種形式，以支持它們棲息的缺乏營養(yǎng)的開闊海洋的生產(chǎn)力。研究結(jié)果發(fā)表在《自然通訊》上。

硅藻具有由玻璃狀二氧化硅制成的復(fù)雜圖案的細胞壁，是最著名和最具魅力的浮游植物之一。它們在營養(yǎng)豐富的條件下表現(xiàn)最佳。在夏威夷周圍缺乏營養(yǎng)的開闊海域，硅藻難以獲得足夠的氮來生長。

為了解決這個問題，一些硅藻與固氮藍藻建立了共生關(guān)系。這些特殊的內(nèi)共生藍細菌可以吸收溶解的氮氣——在海水中含量豐富，但硅藻無法接觸到——并將其轉(zhuǎn)化為氨，這是一種硅藻可以輕松利用的氮形式，但在公海中卻非常稀少。通過在玻璃房內(nèi)藏匿藍藻，硅藻擁有自己的個人氮氣發(fā)生器。它們成為一個自我受精系統(tǒng)。

C-MORE研究員、該研究的主要作者克里斯托弗·施瓦茨( Christopher Schvarcz ) 說： “海洋學(xué)家多年來一直了解夏威夷周圍水域中的這些硅藻-藍藻共生體，但我們發(fā)現(xiàn)的物種完全不同。”

這些類型的共生體更廣為人知的例子很容易在顯微鏡下發(fā)現(xiàn)，因為硅藻宿主是具有徑向?qū)ΨQ性的大型“中心”細胞，而生活在其中的內(nèi)共生藍細菌形成細胞鏈，發(fā)出明亮的黃橙色用藍光照射時發(fā)出熒光。

Schvarcz 分離出的新硅藻種類更小，屬于不同的譜系，具有雙側(cè)對稱的細長形狀。它們的共生體也更小，是單細胞的，并且在熒光燈下不會發(fā)光，因為它們不含葉綠素，使它們在硅藻內(nèi)部幾乎不可見。這很可能解釋了為什么他們這么長時間都沒有被發(fā)現(xiàn)。Schvarcz 通過在實驗室中將海水樣本添加到貧氮生長培養(yǎng)基中，然后在數(shù)周和數(shù)月的時間內(nèi)在顯微鏡下仔細檢查培養(yǎng)物，以觀察會生長什么樣的浮游植物，從而發(fā)現(xiàn)了這一新物種。

“結(jié)果令人驚訝，”與 Schvarcz 合作開展該項目的UH Mānoa 教授Grieg Steward說。“新的硅藻與淡水中發(fā)現(xiàn)的物種有關(guān)。我們不知道我們會發(fā)現(xiàn)他們的表親在遙遠的公海中茁壯成長。Chris 的工作非常重要地提醒我們，只要有一點耐心和仔細觀察，人們?nèi)匀豢梢詫W(xué)到很多東西!”

尋找不尋常的模式

當團隊測量培養(yǎng)物的每日固氮模式時，另一個驚喜出現(xiàn)了。之前研究過的物種傾向于在白天或晚上集中它們的固氮活動，但不是兩者兼而有之。

“對于這些新物種，我們發(fā)現(xiàn)了一種不同尋常的雜交模式，” C-MORE的研究員Sam Wilson說，他領(lǐng)導(dǎo)了使用定制設(shè)備測量培養(yǎng)物的固氮率的工作。“這些細胞在午夜左右從黑暗中開始固定氮，一直持續(xù)到早上、下午和傍晚。然后他們在日落前后休息六個小時。我們還不知道他們?yōu)槭裁匆@樣做，但發(fā)現(xiàn)這種奇怪的模式是令人興奮的，因為這意味著我們將要從舊的過程中學(xué)到新的東西。”