我们看到的从很远星系来的光是在几百万年之前发出的,在我们看到的最远的物体的情况下,光是在80亿年前发出的。这样当我们看宇宙时,我们是在看它的过去。
——霍金《时间简史》
世界上最强大的超高压电子显微镜让我们瞥见了古代植物细胞的内部。
(2015年10月16日)–东京大学研究组揭示了灰藻细胞微观三维内部结构,被认为是植物细胞中最原始的类型。

从具有叶状扁平小泡的原始鞭毛虫到现存的原始光合真核生物(原始色素体生物)的可能进化场景图
基于他们的研究结果发表在科学报告上,他们推断,第一个光合植物细胞结构形成的共生蓝藻在10-20亿年前。本研究将加深我们对通过揭示其他真核细胞组织的光合植物起源的理解(同一个原子核或其他膜结构细胞)。

以相同的放大倍数显示。比例尺,20μm。注意到不动的营养细胞被细胞壁包裹在扩张的母细胞壁内
(a)“G. geitleri”、(B)G. nostochinearum
地球上几乎所有生物的生物活性是基于植物的叶绿体第一次收到阳光能量的最终来源。一般认为叶绿体起源于真核细胞中的一种蓝藻共生体,在10-20二十亿年前,从最早的植物演变而来的。然而,这个古老的早先植物的详细细节仍然是个谜团。

“Glaucocystis nostochinearum”营养细胞原生质体周边的电子断层扫描和三维建模
东京大学理学院研究小组的副教授Hisayoshi Nozaki使用了世界上最强大的超高压电子显微镜显示详细的三维结构(细胞的纳米结构)的灰囊藻属壁厚细胞,属于最原始的光合真核灰藻门生物群。

“Glaucocystis geitleri”营养细胞原生质体周边的电子断层扫描和三维建模
这个3D超微结构显示的灰囊藻属细胞全细胞薄膜被许多小叶状扁平囊泡紧紧支撑着。研究人员推测,当叶绿体内共生发生时,第一个最原始的植物细胞可能具有表现相似的三维结构。

“G.geitleri”(a–c)和“G.nostochinearum”(d–f)基底体附近细胞周边的电子断层扫描。对应于辅助电影5和6。(a,d)营养细胞的超高压电子显微镜图像。插图在框中显示较高的放大图像。比例尺,5μm和500μm(插图)。(b,c,e,f)在(a,d)框形区域的断层图像,显示基底周围细胞部分和残留鞭毛。以相同的放大倍数显示。注意,这些区域的细胞外围由质膜(星号)和围绕基底体的卵球形囊泡组成。比例尺,500 nm。B,基底体;F,退化鞭毛;N,细胞核;O,卵球形到球形囊泡;P,质体;T,微管;W,细胞壁
本研究将如果没有一个超高压电子显微镜的使用是不可能完成的,它可以显示厚壁细胞的内部结构,比如植物。本研究采用超高压电子显微镜的超高压电子发射显微镜在大阪大学研究中心进行的,是世界上最强大的显微镜。
“这项研究揭示了第一个真核生物的三维结构表明了这种结构存在于细胞壁和掺入叶绿体的形成之前,目的是保护细胞,”Nozaki说。“我们希望通过验证其他真核生物细胞的内部结构来检验这个假说。”