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三生三世实力“吸血鬼” :吮噬变形虫

  在你眼前,有“吸血鬼” 正在摄食,它抓住并穿透猎物的表皮,吸光它内容物几分钟后,枯皮的猎物被无情地丢弃。而这时,“吸血鬼”开始定居下来,消化它的美食——不要害怕,它只是显微镜下的吮变形虫。吮噬虫是一类全身具有丝状伪足的原生动物变形虫,因其特殊的摄食方式,即通过伪足穿透宿主细胞(下图B)吞噬整个细胞(下图D) 并以吸取叶绿体等物质为生,因此也被称作“吸血鬼变形虫”。 

 

  噬虫代表性物种活体观察. A-B: Vampyrella lateritia自由状态的营养体营养体正在通过伪足(白色箭头)吮吸藻细胞的叶绿(Hess et al. 2012); CD: Vernalophrys algivore自由状态的营养体营养体正在吞食藻细胞(龚迎春等 2015) 

  1、吮噬虫的颜值  

  吮噬虫具有4个生活时期:滋养体(A)变形体(B)、消化包囊(C)、休眠包囊(D),其中消化包囊的形成在整个生物界非常少见引起了学者们极大的关注,Science上(Kepner, 1924; Lloyd,1926曾连续两次对吮噬虫的消化包囊进行报道。该包囊形成时,变形虫停止摄食,在维持最基本的新陈代谢基础,大部分能量用于消化食物,因而显现出超乎寻常的摄食能力,与此同时进行细胞分裂。  

 

  噬虫代表性物种Vernalophrys algivore 4种生活时期。A自由状态的营养体B变形体;C:消化包囊;D:休眠包囊(龚迎春等 2015  

  2、吮噬虫的内涵  

  生态意义:研究发现,虫分布水和海水中,主要以藻类为食一定程度上具有控制水华能力,生态系统中起着重要作用近期,我们在蓝藻水华爆发的湖泊中也发现大量吮噬虫的踪迹。
  抑制植物疾病:吮噬虫也广泛地分布于土壤环境中,以真菌孢子(A-B)和线虫(C)为食,能抑制真菌和线虫引起的植物疾病。
  造成巨大的经济损失:我们还发现,该类群具有较强的摄藻能力(D) 单个吮噬虫对二型栅藻的摄食率可达到154 细胞/天,微藻产业带来巨大的经济损失
  
  

  吮吸虫对真菌、线虫、藻类的侵染。A -B : 吮噬虫在小麦全蚀病菌菌丝上造成的环形凹陷和穿孔(Homma 1979);C: 南方根结线虫被Theratromyxa weberi吮噬虫捕获(Sayre 1973)D: 无菌培养的二形栅藻(Scenedesmus)在受到Vernalophrys algivore影响后,数量急剧下降 (龚迎春等 2015  

  3、吃货天性暴露无遗  

  作为贪婪又古老的资深吃货,吮噬虫有穿透(视频1A)和吞食(视频1B)两种摄食方式。2017年,Porter在美国大峡谷发现了一些藻类化石,其中有部分出现了0.2–2.9 微米的小孔,他的研究证明这些小孔是由吮噬虫在摄食过程中留下来的,这意味着以穿透方式摄食的吮噬虫在七亿五千万年前就出现在地球上;此外,龚迎春(2015)报道Vernalophrys algivore吮噬变形虫通过吞食攻击二型栅藻。  

 

[video:吮噬虫不同的摄食方式A. 穿透]

视频1:吮噬虫不同的摄食方式  A、穿透(来自BBC报道) 

   

[video:吮噬虫不同的摄食方式B.吞食]

  视频1:吮噬虫不同的摄食方式  B、吞食(王梦云拍摄 导师:龚迎春) 

 

  距今7.8-7.4亿年的微化石-有机组织细胞壁遭吮噬虫穿透打孔,这是证明吮噬虫在真核生物上穿透打孔最古老最直接的证据.A-E: scare bar=10um; F: scare bar=30um.(Porter,2016) 

 

  吮噬虫代表性物种Vernalophrys algivore 吞食栅藻细胞 

  A:Vernalophrys algivore伪足接触栅藻细胞; B:消化包囊正在吞食栅藻细胞; C:由多个消化包囊形成的聚团; D:显示藻细胞如何被破坏; E: 栅藻细胞附着在吮噬虫表面;F:体表附有大量藻细胞的消化包囊; G: Vernalophrys algivore的伪足; H: 消化包囊内藻细胞结构; I: 新形成的消化包囊,内有很多藻细胞(龚迎春. 2015) 

 

  吮噬虫代表性物种Vernalophrys algivore 吞食栅藻的过程. (张瀚文拍摄-导师:龚迎春) 

  4、吮噬虫的分裂与融合  

  吮噬虫在滋养体及出包囊阶段均可进行细胞分裂,有趣的是,从包囊释放出的子个体数目多少跟包囊本身的大小无关而与包囊上的孔数目相关,孔越多,释放子个体越多。当作为原生质团分割出来时,常见的子个体数为2个或4个,当作为网状滋养体分裂时,数目不定。而更为有趣的是,刚出包囊的子个体也可以立即发生相互间的融合再次成为一个个体。  

[video:吮噬虫的分裂与融合]

视频2:吮噬虫的分裂与融合:(分裂——王梦云拍摄,导师:龚迎春,视频编辑:严海龙; 融合 ——来自BBC报道) 

  5、结语  

  虫神似“吸血鬼”的摄食方式令人毛骨悚然,150多年来,深深地吸引着科学家们,但有关“吸血鬼”变形虫的谜团一直悬而未决:它们是如何做到在短时间内突破细菌、真菌、藻类坚韧的细胞壁并吸出它们的内含物?而这已经不仅仅是一个学术问题了。譬如,如果在开发微藻生物能源的过程中,就有可能利用吮噬虫溶解细胞壁的机制去穿透藻类的细胞壁吸出富含能量的多糖、油脂、蛋白质,降低生产成本。