来自加拿大湖的令人惊讶的细菌为古代光合作用提供了新的线索

有时实验不会按计划进行。这就是科学。但“失败”的实验或意想不到的结果可能会带来你永远无法预料的发现。滑铁卢大学博士学生杰克逊·辻(JacksonTsuji)有一个生长不良的细菌样本，他不准备放弃，这最终导致了一个千载难逢的发现，可能会改变科学家对光合作用及其起源的看法。

2015年，Tsuji加入教授兼大学研究主席JoshNeufeld的实验室，在加拿大北部湖泊中寻找不寻常的光合细菌。基于地球与环境科学教授雪莉·希夫(SherrySchiff)的假设，即这些湖泊可能含有与早期地球上类似的细菌，纽菲尔德、辻和合作学生尼科莱特·肖(NicoletteShaw)开始在凯诺拉(Kenora)附近的IISD实验湖区研究227湖，安大略省。

不幸的是，该团队在前两年的湖泊采样和培育中取得了好坏参半的结果。即使在玻璃瓶中的数百次湖水暴露在光线下孵化后，他们也未能培养出他们正在寻找的细菌。

团队重新开始，但辻保留了一个来自227湖的实验瓶，因为尽管样本的表现并不像团队预期的那样，但正在发生一些让他感到好奇的事情。

“三个月后，我们看到瓶子里的铁​​开始氧化的迹象，尽管我们的主要目标细菌并不存在于瓶子中，这很有趣，”辻说。“我们尽最大努力将培养物作为一个副项目继续进行，在近一年的时间里，我们将一些培养物样本保存在培养箱后面，另一些保存在冰箱中作为备份。”

该团队基于DNA的测试表明，瓶子里生长着一种非常不寻常的细菌，与之前在实验室培养的任何细菌只有远亲关系。因此，Tsuji在2018年前往日本进行考察时从这种培养物中采集了样本，送到光合微生物联盟实验室。

光合微生物联盟实验室的研究人员在辻的瓶子里培养了与这种奇怪细菌最接近的已知光合亲缘植物，两个月后，辻和研究小组让瓶子里的细菌生长良好。他们还研究了它的基因组，发现了一些他们没有预料到的令人惊奇的东西。

“我们原本期望看到的某些核心光合作用基因并不存在，但在它们缺失的情况下，出现了一个全新的光合作用反应中心蛋白分支，”Tsuji说。“我记得实验室的一位名誉教授岛田敬三(KeizoShimada)祝贺我发现了我们现在认为的光合作用生命的一个新分支，也是解决地球上光合作用如何发展的难题的关键部分。这太超现实了。”

旅行结束后，辻回到滑铁卢完成博士学位。并更深入地探讨这一发现可能意味着什么。

“这一突破挑战了当前关于光合作用如何形成的科学知识，并解释了一些我们以前无法解释的‘原因’。然而，它也带来了更多的问题而不是答案——我很高兴能进行更多研究，”辻说。

当辻完成博士学位后，诺伊菲尔德给了他样本，让他继续在日本北海道大学担任博士后研究员。

“这是杰克逊的项目，我希望他在接下来的步骤中发挥带头作用，”诺伊菲尔德说。“他的坚持带来了一个意想不到的发现，可能会改变对光合作用生命起源的看法，包括植物和藻类。这是光合作用研究的一个激动人心的时刻，现在我们的论文发表了，我很高兴看到接下来会发生什么杰克逊实验室的这个新研究课题。”

Tsuji在北海道大学与ManabuFukui教授和助理教授TomohiroWatanabe一起进行的博士后工作，使该团队能够收集验证和发表其初步发现所需的关键数据，其成果是题为“绿屈菌的无氧光养生物使用aI型反应中心”，现已发表在《自然》杂志上。

现在，作为日本海洋地球科学技术机构的年轻研究员，辻继续他的研究，以回答这种细菌提出的所有问题，以及它对科学家如何看待光合作用历史意味着的一切。他目前正在探索细菌如何收集光并转化环境中的营养物质，以重新了解早期地球上的光合作用生命可能是什么样的。

“我们对这种细菌的新陈代谢及其光合机制的初步发现使我们很自然地推测这种细菌就像‘活化石’——一种保留了古代生命特征的有机体，”辻说。“在未来的几年里，我们希望更多地了解这种细菌的令人惊讶的特征，以获得关于光合作用如何以今天的方式进行以及这个过程如何在整个历史上改变地球的新见解。”