2022年2月11日，Nature Communications杂志在线发表了来自美国Daniel K. Inouye 微生物海洋学中心Christopher R. Schvarcz等人通讯题为“Overlooked and widespread pennate diatomdiazotroph symbioses in the sea”的研究论文。该研究在夏威夷海域发现了两种新的不寻常的硅藻物种，它们可以固定氮。这是以前被忽视但广泛存在于海洋栖息地的生物可利用氮的来源，并为研究细胞器进化提供了新的、易于培养的模式生物。
硅藻是海洋中的主要浮游藻类之一，是全球原初生产力的主要提供者，在地球碳氧等元素循环中起重要作用。硅藻含有岩藻黄素、叶绿素c、硅甲藻黄素等与绿色光合生物不同的光合色素，因此具有特殊的光能捕获、能量传递和光保护机制。在夏威夷周围缺乏营养的开阔海域，硅藻难以获得足够的氮来生长。为了解决这个问题，一些硅藻与固氮蓝藻建立了共生关系，如两种最突出的海洋固氮菌共生体类型是形成异囊的蓝细菌与中心硅藻之间的兼性关联，以及单细胞蓝细菌与定鞭金藻haptophytes之间的关联。这些类型的共生体很容易在显微镜下发现，因为生活在其中的蓝藻发出明亮的橙黄色的荧光。
该研究将海水样本添加到贫氮生长培养基中，然后在数周和数月的时间内在显微镜下发现了两种新物种。该研究分离出的两种新硅藻种类更小，属于不同的谱系，具有细长的或具有双边对称性的“羽状”形状硅藻Epithemia pelagicasp. nov.和Epithemia catenatasp. nov.它们的共生体也更小，单细胞，并且在荧光灯下不会发光，因为它们不含叶绿素，使它们在硅藻内部几乎不可见。它们具有与自由生活的单细胞蓝细菌相似的nifH基因序列，并且表明Epithemia共生体在全球范围内分布在海洋环境中，说明了该共生体是以前被忽视但广泛存在于海洋栖息地的生物可利用氮的来源。
进一步研究测量培养物的每日固氮模式时，另一个惊喜出现了。E. pelagica和E. catenata共生体表现出独特的 N 2固定日常模式。即在午夜左右从黑暗中开始固定氮，一直持续到早上、下午和傍晚。然后在日落时分休息六个小时。这种新型的固氮方法与之前发现只集中在白天或晚上的不同，为进一步研究开辟了许多令人兴奋的途径。这项工作提醒人们海洋的惊人多样性，它们仍然是发现新生命和新代谢策略的地方。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-28065-6