与 一些能在黑暗中茁壮成长的相当“金属”的植物 不同，酵母 通常在光线下功能不佳。当在黑暗中发酵时，这种真菌会将碳水化合物转化为啤酒或面包的原料。它必须储存在干燥黑暗的地方，因为暴露在光线下会完全阻止发酵的发生。然而，一群科学家培育出了一种酵母菌株，它在光线下可能表现得更好，这可能以一种简单的方式给这种真菌带来进化优势。这些发现被描述在 1月12日发表在《当代生物学》杂志上的一项研究 中。
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“坦白说，我们对将酵母变成光能营养生物（能够利用光能的生物）如此简单感到震惊，”该研究的合著者、佐治亚理工学院的细胞生物学家 Anthony Burnetti 在一份声明中表示。“我们只需要转移一个基因，它们在光下的生长速度就比在黑暗中快2%。没有任何微调或仔细的诱导，它就起作用了。”
赋予酵母这种进化上重要的特征，可能有助于我们理解光合作用是如何起源的，以及它如何用于研究进化和生物燃料的生产，以及细胞是如何衰老的。
赋予能量
该研究小组之前关于多细胞生命进化的工作启发了这项新研究。在 2023年，该小组发现了一种名为雪花酵母的单细胞模式生物是如何 在3000代内进化出多细胞性 的。然而，他们进化实验的一个主要限制是能量的缺乏。
Burnetti说：“氧气很难扩散到组织深处，因此会产生缺乏能量的组织。我一直在寻找绕过这种基于氧气的能量限制的方法。”
光 是生物在没有氧气的情况下获得能量提升的一种方式。然而，从进化的角度来看，生物将光转化为可用能量的能力可能很复杂。植物利用光能所需的分子机制 需要许多蛋白质和基因，这些蛋白质和基因很难合成并转移到其他生物体内。这在实验室和自然进化过程中都很难做到。
简单的视紫质
植物并非唯一能够将光转化为能量的生物。在某些非植物生物中，也借助 视紫质 来利用光。这些蛋白质无需任何额外的细胞机械就能将光转化为能量。
研究的合著者、佐治亚理工学院博士生 Autumn Peterson 在一份声明中表示：“视紫质遍布生命之树，它们似乎是通过生物在进化过程中从彼此那里获得基因而获得的。”
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这种基因交流被称为 水平基因转移，即在不相关的生物之间共享遗传信息。水平基因转移可以在短时间内引起巨大的进化飞跃。例如，细菌可以快速 发展出对某些抗生素的抗性。这种情况可能发生在各种遗传信息上，尤其常见于视紫质蛋白。
Burnetti说：“在研究如何将视紫质引入多细胞酵母的过程中，我们发现可以研究过去在进化过程中发生的视紫质水平转移，方法是将它转移到普通单细胞酵母中，而这种酵母以前从未有过。”
聚光灯下
为了看看他们是否能为单细胞生物提供一种太阳能视紫质，该团队 添加了一个由寄生真菌合成的视紫质基因 到常见的面包酵母中。这个单独的基因编码了一种视紫质形式，它将被插入到细胞的 液泡 中。液泡是细胞的一部分，可以将视紫质等蛋白质产生的化学梯度转化为所需的能量。
有了这种液泡视紫质，当暴露在光线下时，酵母的生长速度 大约快了2%。根据团队的说法，这是一个重大的进化优势，而视紫质在多谱系中传播的容易程度可能是关键。
Burnetti说：“这里只有一个基因，我们将其引入了一个以前从未作为光能营养生物的谱系中，它就起作用了。这表明，至少在某些时候，这种系统在新生物体内发挥作用确实如此简单。”
在光线下功能更好的酵母也可以延长其保质期。液泡功能也可能与 细胞衰老 有关，因此该团队已开始与其他团队合作，研究视紫质如何减缓酵母的衰老效应。类似的光能酵母也正在被研究用于 推进生物燃料。该团队还希望研究光能营养如何改变酵母向多细胞生物进化的历程。
