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苏铁蓝细菌的珊瑚根

苏铁,和蓝细菌,两个原始分支的后裔,在珊瑚根碰到了一起。

苏铁类(苏铁科+泽米铁科)是现存种子植物最原始的分支,起源于古生代中二叠纪以前,繁盛于中生代侏罗纪到白垩纪,然后开始衰弱。现代苏铁的起源却并不久远,几乎都是在晚中新世快速辐射分化形成。

最原始和不原始,这些信息如何理解?理论上,我们认为地球上所有的生物,不管是现存的、或是灭绝的,都来自于同一个“共同祖先”:任何一种生物往“前”追溯,都可以抵达这个“共同祖先”。那么为什么还有原始和不原始之分呢?大家都是原始的,又都是不原始的?

生物的演化从“共同祖先”开始,以不断分支的“系统发生树”进行多样化,这棵树可以表现为一颗大树,又或者像上图那样像霉菌/树梢那样从一个点不断分支。每根分支都可以顺着一个路径回到中心——共同祖先,但是如果以今天最为繁盛的被子植物为“参考点”,在它走回中心的路上,会不断遇到其他分支的岔道口,我们说的“原始”与否,或许可以理解为这些岔道口出现的前后顺序。

蓝细菌,相比苏铁,或者种子植物,甚至植物,祖上的起源更早。这种生物可以将大气中惰性的氮气转变为生物可以利用的形式,也就是生物固氮——要求严格厌氧的生物化学催化过程,从气球大气历史的角度也体现了它们的悠久历史。在如今的氧化性大气中,这些仍然依赖于自己固氮的生物不得不形成各种特殊的结构,来制造严格无氧环境。

很多细菌和古生菌具有生物固氮能力,其中一些与植物形成了紧密的关系,如人们熟知的豆科的根瘤菌,非豆科的Frankia放线菌等等,它们都不是蓝细菌。在这些共生关系中,蕨类和裸子植物似乎偏爱与蓝细菌结伴,例如浮萍的鱼腥藻,以及本文介绍的苏铁和它的共生蓝细菌们。

苏铁的根部附近,仔细观察,有时可以看见一坨坨形态怪异的结构。这些半球形凸起,有点像巨型的蚯蚓挖洞排出的蚯蚓土,但是结构更加规律得多。因为形态多分支,被称为珊瑚根。

把侧枝清理一下,留下一个平面,可以显示出这团根的大致结构。它像是苏铁的一根并不粗壮的侧根,伸到与地面靠近的位置之后,分支并粗壮起来。珊瑚根正是苏铁为与之共生的蓝细菌提供的栖身之地,

珊瑚根分支的顶端有很多疣状的凸起,虽然浅浅的泛着一些蓝光,但是并不明显。我观察到的苏铁并不是每棵都有珊瑚根,但是有珊瑚根的可以密密麻麻堆得很多,有些已经死亡的珊瑚根分支变得细瘦,然后再上层继续长出有活力的粗壮珊瑚根。

切开这些根,眼前的蔓延的蓝色让我有些惊讶,我当然知道这里面会有蓝细菌,但是仍然没能想到会是这样的场景。

这些蓝细菌生活在珊瑚根的某一层特殊结构之中。研究苏铁珊瑚根的文章不多,有些工作发现珊瑚根中的蓝细菌种类非常多,而不是简单的单一群体。这些群体从何而来?苏铁是如何和它们搭上关系的?它们又是如何一步步刺激苏铁长出珊瑚根的呢?

切开后的珊瑚根很快就失去了蓝色光泽,不知道是暴露在氧化性大气之中,还是因为失去了能量供应。这些蓝细菌能够为苏铁带来多少氮素?

观察解释不了这些问题,期待未来的科学研究。

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