科学家早就知道,蝉与自己细胞里的两种重要细菌共生。这种昆虫只食用植物的汁液,它需要这些细菌生产生存所需的营养。同时,这两种细菌(Hodgkinia和Sulcia)也能舒舒服服地生活在蝉的体内。在这个共生圈子里,每个成员的生存都彼此依赖。
然而,来自蒙大拿大学的微生物学家 John McCutcheon 和他的同事们在《细胞》(Cell)杂志上报告称,有些蝉实际上拥有三种共生体,这第三个共生体是来自于一个物种形成事件——同域物种形成。
多年以来,人们普遍接受的物种形成理论是异域物种形成,认为物种形成是因为地理屏障(例如山脉)将种群成员分隔开,使它们开始独立进化。而同域物种形成是目前最有争议的物种形成理论,该理论认为,在同一区域的种群中也能进化出生殖隔离的新物种。(延伸阅读:Cell子刊:新物种挑战经典进化理论)
研究显示,细菌Hodgkinia分成了两个代谢相互依赖的新种。“这完全出乎我的意料,”McCutcheon说。“我开始还以为是学生搞错了。”
研究人员通过比较基因组学分析和显微观察发现,尽管两个新基因组分到了不同的类型的细胞中,但一个基因组的基因缺失能够得到几乎完美的互补。
“从基因组上看这两个物种亲缘很近,”McCutcheon说。“而且两个Hodgkinia的功能基因能够很好的互补,在功能上合二为一。”
在两种Hodgkinia、Sulcia和蝉形成的共生体系中,每一个成员都彼此需要,只有相互协作才能生存。
McCutcheon指出,Hodgkinia这次进化应该是一个偶然事件。不过,该事件能为人们回答一个长期悬而未决的问题,生物是如何进化得越来越复杂的。Hodgkinia的演化可以反映一些细胞器的形成过程,比如线粒体就是源自于细胞内的共生菌。
解密细胞器的发展史,是理解生命发展过程的基础。细胞器的出现太过久远,我们无法追溯到某个具体的进化事件。McCutcheon等人希望通过研究Hodgkinia的进化,探寻那一段被遗失的过去。