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硅藻表现出复杂的行为 可以在寻找性伴侣或营养源之间进行选择

单细胞硅藻能够根据对自身需求的评估,使其行为适应不同的外部刺激。这是由德国耶拿的弗里德里希席勒大学和马克斯普朗克化学生态研究所的科学家以及比利时的合作伙伴共同发现的。藻类依靠营养来繁殖。然而,他们还需要性伴侣,当他们追随信息素痕迹时,他们会发现这种性伴侣。在实验中,根据饥饿程度和交配需要,Seminavis robusta硅藻将其定向指向营养源或交配伙伴。这些微小的生物实际上表现出一种原始形式的行为生物学。

硅藻是单细胞微藻。它们主导着海洋浮游植物,这种浮游植物在我们的海洋中无处不在。在海岸和海滩上,这些藻类可以在岩石和其他表面上被视为生物膜。硅藻不仅是许多海洋动物的食物来源,而且还负责极其重要的生态系统服务:它们对全球光合作用以及对地球上氧气的产生作出了重大贡献。此外,它们被讨论为生物燃料的可能产物。

硅藻类Seminavis robusta是实验室行为研究的理想模型生物:细胞对不同的环境条件做出反应,可以控制它们的性欲。Georg Pohnert研究小组是弗里德里希席勒大学仪器分析/生物有机分析教授,马克斯普朗克化学生态研究所马克斯普朗克研究员小组负责人,想知道这些小生物是否能够做出决定。他们急需什么:食物或性伴侣。

为了找到答案,科学家们在不同条件下培养细胞。特别地,细胞面对不同量的营养素和性信息素。由于硅藻主要通过细胞分裂无性繁殖,如果细胞在连续分裂后变得越来越小,有性繁殖可能成为它们存活的必要条件。毕竟,如果细胞变得太小并且低于最小尺寸,细胞就会死亡。硅藻还积极寻找形成细胞壁所需的营养。他们可以追踪环境中的硅酸盐矿物质,并积极地转向这种食物来源。最近的一项研究表明,它们被矿物质的气味所吸引。

“令人惊讶的是,即使是明显缺乏神经系统的单细胞生物也可以处理不同的刺激,甚至可以评估他们的个体需求。我们的研究表明,硅藻可以灵活地适应环境变化。他们也会根据他们对性交的需要做出不同的反应。我们观察到硅藻移向信息素或食物来源,取决于它们对性或营养的饥饿程度。到目前为止,这种决策只归因于高等生物,“研究负责人Georg Pohnert总结了结果。

一个硅藻的决定不仅决定了单个细胞的命运。此外,它对由无数硅藻群落组成的生物膜的动态至关重要。利用数学模型,研究人员计算了细胞密度与营养素(硅酸盐矿物质)和交配伴侣(信息素)的可用性之间的相互作用。基于这些结果,科学家们能够更好地解释生物膜是如何组织的,以及为什么它们通常不完整并显示某些模式。

科学家现在想了解单细胞生物如何感知,处理和评估化学信号。“我们的目标是确定相应的受体和信号处理途径,但鉴于我们对这些重要的微型藻类了解甚少,这将是一项非常复杂的工作,”Georg Pohnert说。

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