新发现：藻类通过降解细胞壁给珊瑚提供养分

日本科学家发现，藻类将养分提供给珊瑚的新途径，主要是降解自身的细胞壁后传送糖类。图为加州长滩太平洋水族馆室内的珊瑚礁，有许多鱼在珊瑚礁中游泳。（Frederic J. Brown/AFP）

海洋中的藻类与珊瑚、海葵等刺胞动物属于共生关系。因为珊瑚提供藻类一个栖身之所，而藻类将光合作用产生的部分糖类和营养传递给珊瑚。最近，一个新的发现使日本科学家了解到藻类将养分提供给珊瑚的途径，是通过降解自身的细胞壁后传送糖类。

这种释放糖类的途径，是由日本东北大学（Tohoku University）团队发现的。他们将这一发现写成论文，于8月18日发表在《eLife》生命科学杂志上。

珊瑚是一种对生存环境要求非常高的生物，只能在适当的海水温度、低污染和少化学品的海洋中生存。环境哪怕出现最轻微的变化，都可能导致珊瑚白化或死亡。

由藻类和珊瑚等生物造成的珊瑚礁是许多鱼类、甲壳类动物和其它海洋生物的重要栖息地，因此被称为“生物多样性宝库”。

而珊瑚与藻类的共生关系，既微妙又复杂。大多的珊瑚都依靠甲藻和其它微型藻类的光合作用产生的糖类，满足其大部分能量需求，而珊瑚又为甲藻提供了一个家。

过去发现，共生甲藻类主要生存于珊瑚细胞内的特殊隔间（共生体），或海洋动物的肠道内，这种环境通常呈酸性。

不过，科学家们仍然不了解这种关系中的许多复杂过程，包括糖类是如何从藻类共生体中释放出来并给宿主们吸收的。不过，他们认为了解藻类对于保护珊瑚礁，及其支持的生物多样性至关重要。

研究发现，甲藻在酸性环境中释放的葡萄糖量较高，且分泌的半乳糖同样呈现增加趋势，这表明酸性环境增强了甲藻释放糖类。

为了弄懂甲藻的糖类分泌机制，研究团队对这些藻类的基因和它们在酸碱环境中的变化，进行筛检和实验。

结果发现，糖的释放是由纤维素分解酶分解细胞壁导致，而这种纤维素分解酶因其用于分解陆地植物细胞壁而闻名。

这一发现说明，藻类共生体通过细胞壁降解，将单糖释放到宿主刺胞动物（海葵、珊瑚）的细胞内，达到互利共生体的目的。另外，在酸性环境下能观察到藻类细胞壁的皱纹和剥落，这表明甲藻的细胞壁在酸性条件下发生了形态和质量上的改变。

但目前科学家尚不清楚共生藻科的细胞壁成分，与半乳糖分泌的作用机制。不过，甲藻在酸性环境中半乳糖分泌大幅增加这是事实。而这种释放糖的方法，能给宿主（珊瑚）提供多大的能量仍有待进一步研究。

该研究的主要作者、东京大学前沿科学研究生院的丸山信一郎（Shinichiro Maruyama）副教授对东北大学新闻室解释，“我们发现藻类细胞开始降解自身细胞壁时，就会释放糖。即便藻类不存于共生宿主的情况下，这种细胞壁的破坏也会发生。若环境条件变得更加酸性时，藻类的细胞壁破坏就会增强。”

丸山副教授补充道，“我们的研究结果表明，藻类与珊瑚之间的相互作用比以往想象的更加复杂，这为海洋环境中的碳循环提供了重要的拼图。”

日本东北大学和丸山的研究团队将继续研究有关于糖释放、细胞壁维护和酶反应调节的分子机制，揭开共生藻类分泌的分子的多样性，同时进一步深入了解共生体和宿主之间交换的“分子语言”。