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厦大科研团队耗时四年揭示原绿球藻的进化奥秘

2022-02-07 21:24:37  作者: 曾文萃  来源: 东南网   责任编辑: 刘学佳   我来说两句
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东南网2月7日讯(通讯员 曾文萃)大年初六,在短暂地与家人团聚后,厦门大学海洋与地球学院的博士生陈卓宇已早早收拾好行囊,准备返校。从2018年开始,他的每个春节假期几乎都在实验室度过,即便返乡,时间也很短暂,因为他的心里始终牵挂着校园里那些陪伴了他四年的“战友”,他的实验材料——原绿球藻。

陈卓宇在做实验(厦门大学供图)

当生态学遇上进化

早在几亿年前,原绿球藻就生活在地球上了,它的“祖先”更是早在约25亿年前就开始进化,并在许多方面改变了地球。它们吸收并利用阳光中的能量,从水中分离出氧和氢,氧气便开始在大气中积累,给原本“缺氧”的地球带来了繁荣的“大氧化”时代,为后续生物进化的高速发展提供了重要条件。

而今,作为海洋里最重要的初级生产者,原绿球藻通过光合作用每年固定约40亿吨碳,是“海洋碳汇”的重要贡献者。然而,如此重要的生物,却因为太小,直到三十多年前才被人类发现。

陈卓宇的导师张瑶教授介绍道:“其实1毫升的大洋海水里,就有多达10万个原绿球藻。但因为它实在是太小了,从前落后的设备和技术无法观测到,人们才这么晚认识到它。”

早在厦大读博期间,张瑶就在导师焦念志院士的带领下,迈入了“海洋微生物生态”研究领域的大门。毕业后留校任教的她延续了多年的研究方向,潜心钻研海洋生态学,原绿球藻就是她的主要研究对象之一。她知道,作为地球演化过程中极其重要的生物以及当今海洋里最重要的初级生产者,原绿球藻具有无可替代的进化和生态学意义。

五年前,张瑶在一次与香港中文大学教授罗海伟的交谈中,两人一拍即合,迅速达成合作意向。“我是做生态的,他是做进化的,我们当时聊完就觉得,如果能一起把海洋里如此重要的生物(原绿球藻)从‘进化生态学’的角度做清楚,那一定能做出相当重要的贡献。”

于是研究正式启动,当时刚刚从厦大本科毕业并留校读博的陈卓宇便作为主力,开启了长达四年的实验。

报告打得最多的人

“培养原绿球藻”,看似简单的第一步,成为陈卓宇面临的首道难题。

“原绿球藻非常难养,甚至早期学界都认为它‘不可培养’,经过多年的摸索,如今全世界也只有屈指可数的实验室能把它成功养活,固体培养更是难上加难。”培养基所使用的海水、固体培养基的琼脂糖浓度、培养时设置的光照强度和温度……这些因素的细微变动都可能对原绿球藻的生长产生巨大影响。

在一次次尝试中,陈卓宇不断调试实验参数,并在香港科技大学教授曾庆璐的联合指导下,最终成功克服了原绿球藻难以在实验室培养的困难,摸索出了一套稳定的单克隆培养方案。

但很快,他又面临着下一道难题——长时间地连续传代。该研究的时长取决于原绿球藻在传代中基因突变的数量,只有累积到一定的数量,才能进行有效的统计分析。然而,原绿球藻生长周期较长,而他们在实验中又发现,原绿球藻基因突变的速率很慢,这在颠覆了学界认知的同时,也使得实验的时长跨越了四年之久。

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