单细胞微藻Haematococcus lacustris中r与K策略的共存

微小藻类如何在生长与生存之间权衡

所有生物都面临一个基本抉择：是投入到快速生长，还是投入到强韧的生存。该研究考察了一种淡水单细胞藻——Haematococcus lacustris，表明它能够两者兼顾。通过在快速生长的游动型与坚固的休眠型之间切换，这种微藻似乎融合了曾被认为互斥的两种经典生活策略。

两种经典的生存方式

生物学家常用两种宏观策略来描述生物体。一类是“r型”，生物产生大量后代，生长快但较脆弱；另一类是“K型”，生物产生较少后代，但这些后代更善于应对胁迫。这些观念有助于解释植物、动物和微生物如何适应资源丰富或匮乏的环境。直到现在，大多数物种通常被视为主要属于某一类，而不是同时具备两者。

单细胞却有两种截然不同的生活方式

Haematococcus lacustris是一种生活在小型、易变淡水池中的单细胞绿藻。在舒适条件下，它呈小而梨形的游动营养细胞，分裂迅速并大量吸收营养。在长期培养中，种群会逐渐转向圆形、非游动的细胞，这些细胞下沉到底部。非游动细胞体积变大、变重，形成更厚的外层并储积保护性物质。

休眠形态中的隐性繁殖

研究团队结合生长测量、显微图像和基因活性数据，检验这些类休眠细胞是否真正停止繁殖。他们注意到，年久的培养物中存在许多小的非游动细胞，尽管表面上细胞分裂似乎几乎停滞。尺寸测量表明，这些小细胞不可能全部来自最初的游动细胞。在显微镜下，研究者观察到大型非游动细胞充满了许多内部子细胞，随后裂开释放它们。这种多裂分裂模式不同于游动细胞常见的二分裂。新生的非游动子细胞已经很坚韧，在强光、干旱和高盐胁迫下存活能力远优于游动细胞的后代。

基因层面揭示的内在机制

为探究这两种生活方式的内部运作，科学家分析了各类细胞中活跃的基因。游动细胞在与光合作用和营养利用相关的基因上表现出较高活性，这与其作为资源充足环境中快速生长者的角色一致。相比之下，非游动细胞启动了大量与细胞分裂相关的基因，并保持了维持繁殖所需的机器，即便其可见生长较慢。它们还增强了与储存和防护相关的通路，例如更厚的外被层和更高的碳氮比，这表明从快速蛋白合成转向防御策略。

这对变化水域中的生命意味着什么

综合来看，研究结果表明Haematococcus lacustris并非简单地从生长切换到休眠。相反，它从一个类似r的阶段（以快速增长的游动细胞为主）转向一个类似K的阶段（在坚硬的休眠细胞内产生较少但更耐胁迫的后代）。这种策略的混合可能帮助该藻类在浅池中生存，这些池塘的条件能在短时间内从宜人变得严酷。这项工作挑战了长期以来将微生物休眠阶段仅视为等待更好时机的看法，并提示其他具有囊状形态的藻类在胁迫下也可能悄然繁殖。

引用: Liu, L., Liu, Y., Tang, S. et al. The coexistence of r and K strategy in a unicellular microalga Haematococcus lacustris. Commun Biol 9, 704 (2026). https://doi.org/10.1038/s42003-026-09922-2

关键词: 微藻, 生命史策略, 抗逆性, 细胞分裂, 休眠囊