腰带和吊带高山湖细菌部署了两个光收集系统

尽管人类以及其他脊椎动物和无脊椎动物不进行光合作用，但我们绝对是进行光合作用的生命形式的下游受益者。食物链底部的光养生物将充足的阳光转化为最终为所有其他生命提供动力的能量。

这两种收集光能的代谢系统根本不同。最熟悉的是基于叶绿素的光合作用，植物利用光为二氧化碳和水转化为糖和淀粉提供动力;另一个系统由质子泵浦视紫红质组成。

微生物视紫红质，视网膜结合蛋白，提供由光驱动的离子传输(顺便说一句，感觉功能)。这是一个包括光驱动质子泵、离子泵、离子通道和光传感器的家族。微生物视紫红质存在于古细菌、细菌和真核生物中，广泛存在于海洋和淡水湖泊中。

一般来说，物种倾向于选择一种或另一种代谢系统，即光养生物的PC/Mac二分法。然而，一个由分子生物学家组成的多机构团队现在报告发现了一种高山湖泊细菌，它同时使用基于细菌叶绿素的光合复合物和质子泵浦视紫红质。他们的研究发表在PNAS上。

基于闪光光解测量，作者报告说，这两个系统在SphingomonasglacialisAAP5中具有光化学活性，该AAP5位于蒂罗尔阿尔卑斯山的高山湖泊Gossenköllesee。具体来说，在4到22摄氏度的弱光条件下，这种细菌会表达细菌叶绿素，而在低于16摄氏度的光照条件下，会表达一种质子泵黄视紫红质。

S.glacialis使用收获的光来合成ATP并刺激生长。作者写道，“这表明使用两个系统进行采光可能代表了对高山湖泊和其他类似生态系统中特定环境条件的进化适应，”即对温度和光照的大季节性变化的反应。

正如作者所指出的，基于细菌叶绿素的系统庞大、复杂且由色素驱动，需要复杂的分子机制来进行合成、组装和调节。但是一旦组装好，它们就构成了一个“设置好后不用管”的系统，即使在弱光条件下也能正常工作。另一方面，视紫红质的表达要简单得多，成本也更低;它们的缺点是它们只能在更高的辐照度水平下组装和发挥作用。

这些光能异养的小家伙装载了叶绿素营养和视网膜光素营养的所有遗传硬件，减少了对有氧呼吸的需求，因此可以利用可用的碳来生长，这是他们称之为家的高山湖泊环境中的稀缺资源。

想知道在其他具有较大季节性温度变化和光照可用性波动的环境中是否存在具有类似适应性的“腰带和吊带”生物，研究人员调查了215,874个细菌基因组，确定了55个细菌中的两组基因;近一半起源于高山环境。他们指出，最近在黄石温泉发现了一个物种，这是一个截然不同的物理化学环境，而另一个物种在极端环境中具有高三角洲。

细菌叶绿素系统主要垂直转移;然而，视紫红质基因的获取成本低廉且通常是水平获取的。因此，作者写道，“这个过程可能在进化过程中反复发生。然而，这些物种是否保留并表达获得的视紫红质基因将取决于在特定环境中提供竞争优势的新基因。因此，双重光养也可能是在具有高度动态物理化学条件的其他环境中有益，极端情况有利于一个系统而不是另一个系统。”