那间不存在的牢房

萩野京子是一位来自日本高知县的藻类科学家。和乔恩·泽尔一样，她的故事也始于上世纪90年代末，一种微生物改变了她的职业生涯。她曾是古生物学研究团队的一员，研究海底微小的藻类化石，试图拼凑出地球过去气候的信息。

在她研究过的无数微观化石中，有一种化石深深吸引了她。那是一种名为大球藻（Braarudosphaera bigelowii）的藻类。萩野亲切地称它为大球藻（Bigelowii）。

在毕格洛氏海葵生命的某些阶段，它会用这种美丽的几何形状的贝壳包裹自己，萩野在她的样本中发现了这些五边形的骨骼。“我第一次看到毕格洛氏海葵时，就觉得它的形状非常漂亮，”她说。“它的形状就像一颗宝石一样美丽。”

但几乎没人了解生活在里面的藻类。这正是萩野想要研究的。然而，似乎没有人像她一样对此着迷。

“我刚开始做这项研究的时候，当时的领导反对，”她说。“（他告诉我）即使你做了没人看的研究，也找不到工作。”

当时，萩野正为找大学教职而苦恼。与此同时，她还要照顾年幼的孩子。而且，她还要搬到丈夫找到工作的新城市。生活中的一切似乎都在明确地告诉她，她应该放弃现在的学业，另寻他处。但萩野就是做不到。不知为何，这种藻类深深地吸引着她，她渴望了解关于它的一切。即便这意味着要自学。

于是，萩野和她的女儿开始频繁地去海边采集海水样本，希望能找到这种神秘的藻类。多年来，她们一共去了数百次。由于她们去得如此频繁，以至于萩野的女儿根本不知道人们去海边还有其他原因，比如游泳。

“‘大海——那不就是收集海水的地方吗？’”萩野转述她女儿的话。

萩野随后会在家里的显微镜下花费数小时，寻找比格罗氏细胞，并在找到后逐个将其挑出。这极其耗时，但却是研究它们的唯一方法。无论她做什么，这些细胞似乎都不愿意在试管中生长。

多年来，萩野一直潜心研究培养一种菌种，却没有任何大学薪水。为了维持生计，她最终找到了一份在实验室清洗试管的兼职工作。一天，她和一位科学家聊天时，科学家建议她在培养物中添加一种不寻常的成分。这并非实验室里常见的化学物质或其他任何东西，而是海藻冻面，一种用海藻制成的传统日式面条。

令萩野惊讶的是，这些面条正是比格洛伊所需要的。

“我看到大眼鲷在水里游来游去，数量还在不断增加，”她说。“我非常高兴。”

现在她成功培养出了这种生物，终于可以培育出足够多的细胞来解答一些关于它的重要问题。而萩野心中始终萦绕着一个疑问。在她多年研究大藻的过程中，她注意到了一些奇怪之处。它具备所有藻类细胞的正常组成部分，但同时又有一些她无法解释的东西——一些她在任何教科书中都从未见过的东西。那是藻类中心的一个黑点。

萩野正准备发表一篇关于这个神秘斑点的论文，却偶然发现了一篇刚刚发表在美国《科学》杂志上的文章。文章描述了对一种看似隐形的固氮细菌的搜寻，作者推测这种细菌很可能生活在某种藻类体内。文章的作者是乔恩·泽尔，他谈论的正是大球藻（Braarudosphaera bigelowii） 。

萩野回想起她在比格洛维体内发现的那个奇怪物体。一切都吻合了。她对比格洛维进行了基因检测，结果呈阳性：她找到了泽尔多年来苦苦寻找的固氮细菌。

“我从没想过有人在研究大叶藻，”她说。“我震惊地发现，我的研究成果竟然被超越了。”

当萩野联系他分享她的发现时，泽尔也感到惊讶——两人都来自同一个谜题，只是相隔重洋。“我们俩都没想到这两件事竟然有联系！”他说道。

萩野和泽尔毕生致力于破解一个科学谜题，却浑然不知彼此手中竟握着对方缺失的那块拼图。如今，他们拥有了各自的文明，也因此有机会揭开一个远超他们想象的谜团。

他们的合作将展现出一种足以改写生物学基本规律的合作水平。

自然界充满了共生关系：两种生物互相帮助。电影《海底总动员》中的小丑鱼就是一个很好的例子—— 它照顾着海葵伙伴，以换取一个安全的栖身之所。但这种互惠互利的关系可以越来越紧密。有些生物生活在其他生物体内，比如珊瑚，它们从寄生在体内的虫黄藻中获取养分。甚至有些细胞也生活在其他细胞内。在某种程度上，这种关系变得如此紧密，以至于我们无法分辨哪个生物体先出现，哪个生物体先出现。

两个生物体融合——从被视为独立的个体变成同一个生命体的一部分——这本身就令人匪夷所思，而且在地球生命史上，这种转变也只发生过几次。其中两个著名的例子是线粒体和叶绿体。线粒体是地球上所有复杂生命体中细胞的能量工厂，而叶绿体则是植物细胞中利用光合作用将阳光和二氧化碳转化为食物的组成部分。这两个例子最初都是独立的细胞，随着时间的推移，它们与各自的伙伴细胞紧密结合，最终成为细胞器：存在于其他细胞内部的微小器官。

那么，比格罗氏菌及其体内的细菌又如何呢？毫无疑问，两者关系密切。泽尔和萩野迫切地想要弄清它们究竟是如何协同作用的。于是，他们联手合作。泽尔将一份培养物寄往约翰的实验室，并希望在实验进行期间能够前往加州。

当培养物送到泽尔的办公室时，他兴奋极了，拍了张照片记录下这一刻。他的团队开始讨论应该先进行哪些实验。

“我们实验室的同事们围坐在一起，决定了首先要做的十件事，因为我们不知道这种培养物能存活多久，”他说。“结果三天之内，新冠疫情封锁就开始了。”

疫情打乱了他们所有的计划。日本实施了非常严格的旅行限制，而且持续了数年之久。尽管萩野付出了诸多努力，却无法亲自与泽尔会面。但两人仍然渴望找到答案，于是决定由泽尔的实验室继续进行测试。萩野获得了一笔与泽尔共同拥有的科研经费，她将尽其所能地远程提供帮助。

很快，他们就开始发现线索，表明藻类和细菌之间的关系并非典型的共生关系。比格罗氏藻和细菌总是同时分裂，它们的生长速度也相同，而且生长方式与线粒体或叶绿体非常相似。

但最令人信服的证据来自泽尔实验室的博士后泰勒·科尔。他当时正在研究这两种生物体内的蛋白质，突然注意到一个奇怪的现象：这些细菌体内充满了它们自身基因无法合成的蛋白质。相反，这些蛋白质是由在比格罗氏菌中发现的额外基因产生的。而且，在每个额外基因的末端，都存在一段反复出现的相同短DNA序列。

这种模式让科尔想起之前的一个谜团：一种固氮细菌不知何故丢失了许多维持生存所需的蛋白质基因。会不会是比格罗氏菌（Bigelowii）提供了这些基因呢？为了找到答案，他做了一个实验，将一种生物体缺失的基因与另一种生物体多余存在的基因进行比对。结果令人震惊。几乎每一种细菌丢失的基因，比格罗氏菌都进化出了一个额外的拷贝。而且，每个额外的基因末端都带有相同的DNA序列——这是将蛋白质传递给细菌的分子指令。

这项发现意义重大，因为这种系统此前仅在少数线粒体和叶绿体中被发现过，而现在，泽尔和萩野在比格罗氏菌内部发现的微小点状结构中也存在这种系统。固氮细菌不再是细菌，而是成为了比格罗氏菌的一部分，一个由独立微生物转变为细胞器的细胞器。

Zehr 和他的团队决定将其命名为 Nitroplast。

这也意味着比格罗氏藻打破了只有像细菌这样的简单生物才能从空气中吸收氮的基本规律。这种藻类是目前已知最早的能够从空气中吸收氮的复杂生命体。

科尔表示，虽然目前还处于早期阶段，但这项发现可能对农业等行业产生重大影响。“这种生物体做到了几十年生物技术都未能做到的事情，对吧？它已经将这种能力融入到细胞中。我们自然会想到，这里面或许蕴含着我们可以从中学习的经验。”他说道。

泽尔虽然持谨慎乐观态度，但他认为自花授粉植物距离成为现实还有很长的路要走。“令人沮丧的是，从我们对硝化体的了解到改造植物，这真的很难，”他说。“但是，如果你不迈出一步，就不可能迈出一百步。”

泽尔和萩野对接下来的研究方向充满期待。但对他们而言，研究的初衷并非改变世界。他们毕生致力于研究自己所掌握的微小线索，虽然不知道最终会发现什么，但都怀着希望，希望无论发现什么，都能让他们对自然界的运作方式有更深入的了解。

在这方面，还有很多东西需要学习。

“这次经历表明，我们不知道哪些研究会有用，也不知道什么时候会有用，”萩野说。

“一些最重大的进步可能来自你意想不到的事情，”泽尔说。“而这或许就是一个例子。”