光合作用维持着地球上几乎所有生命，但其主要分子机制远非完美。这种酶 核糖体负责固定大气中二氧化碳（CO₂）的核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）活性极低，且常犯一个代价高昂的错误：它不是捕获CO₂，而是与氧气（O₂）发生反应。这个问题会降低光合作用效率，限制植物的生产力。在进化过程中，各种生物体发展出了克服这一限制的机制，即通过在Rubisco附近富集CO₂。这些机制包括： 蛋白核藻类中最常见的微观结构。但陆生植物中却有一个令人惊讶的例外： 金鱼草.
在一篇新的综述中，Robison及其同事阐述了为什么这些小型苔藓植物值得特别关注。角苔是目前已知唯一拥有蛋白核的陆生植物，蛋白核富含核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco），能够提高光合作用所需的二氧化碳利用率。这些结构不仅是进化上的奇观，或许还能为提高农作物的光合效率提供宝贵的线索。
尽管藻类中的蛋白核已被广泛研究，但角苔中的蛋白核却是独立演化而来的。这意味着这些生物通过不同的进化路径达到了相似的功能。对于作者而言，这种趋同进化使得角苔成为一个特别有趣的系统，有助于理解碳浓缩机制如何在陆地环境中演化，因为陆地环境中的水资源供应和二氧化碳扩散所面临的挑战与水生环境截然不同。
这项综述汇集了一个多世纪的研究成果，揭示了角苔蛋白核的多样性远超之前的认知。不同的谱系展现出截然不同的结构，从紧凑、轮廓分明的结构到更为不规则、且交错分布的结构，不一而足。 类囊体 膜。这种多样性表明，构建高效的碳浓缩系统并非只有一种方法。
其中一个最引人入胜的方面是这些结构的组装方式。例如，在藻类中…… 衣藻蛋白核的形成依赖于促进Rubisco聚集的特殊蛋白质。在角苔中 红花蚁这种凝聚现象似乎是由一种不寻常的Rubisco小亚基本身驱动的。这种刺激凝聚的蛋白质具有一个末端延伸部分，能够促进自身缔合，使Rubisco无需依赖藻类中发现的同一套蛋白质就能组织成凝聚的基质。
另一个有趣的特点是，角苔的蛋白核似乎相对稳定。虽然有些藻类会根据环境条件迅速重组这些结构，但角苔的蛋白核却不会。 红花蚁 表现出更稳定的特性，即使在不同的二氧化碳浓度下也能保持存在。
从进化角度来看，这项研究强化了这样一种观点：追求更高的光合效率可以在亲缘关系非常遥远的谱系中产生相似的解决方案。在如此古老的陆生植物类群中发现碳浓缩机制，表明多种进化路径可以通往同一目标：增加Rubisco所需的二氧化碳供应，从而支持更高的光合速率和更旺盛的植物生长。
但或许最有趣的启示并非来自进化生物学领域。作者认为，角苔的蛋白核可能为未来的光合作用工程策略提供灵感。与其试图将藻类系统全盘移植到农作物中，更现实的做法是将角苔中已有的组分与藻类的碳运输和浓缩机制相结合。这种模块化策略或许是提高栽培植物碳利用效率的更可行途径。
通过将进化、生理学和生物技术联系起来，该综述表明，角苔蛋白核远不止是叶绿体内的小型绿色球体。它们代表了一种应对光合作用挑战的精妙进化方案，并且可能为未来作物的培育提供灵感。
阅读文章：
罗宾逊助教, 比利亚雷亚尔 A JC, 李福伟, 冈恩左手. 2026 年。 金鱼藻蛋白核：陆地上的一个例外，蕴含着工程学的启示。 植物生理学. https://doi.org/10.1093/plphys/kiag247
巴勃罗·O·桑托斯 (Pablo O. Santos) 的葡萄牙语翻译。
封面图： 红花蚁 作者： Михаил Языков (iNaturalist，CC BY 4.0).
