精華 首個不需氧氣生存的動物

一些有關(guān)宇宙和我們所處環(huán)境的真理似乎是不可改變的。天空在上，重力向下，沒有什么能比光速更快，多細胞生物需要氧氣才能生存。然而，最后這一點我們可能需要重新思考。

2020年，科學家發(fā)現(xiàn)了一種像水母的寄生蟲，它沒有線粒體基因組——這是首次發(fā)現(xiàn)的沒有這種基因組的多細胞生物。這意味著它不呼吸；事實上，它完全不依賴氧氣生存。

這一發(fā)現(xiàn)不僅改變了我們對地球上生命運作方式的理解，還可能對尋找地外生命產(chǎn)生影響。

大約14.5億年前，生命開始發(fā)展出代謝氧氣的能力——也就是呼吸。一個較大的古菌吞噬了一個較小的細菌，結(jié)果這個新家對雙方都有利，兩者繼續(xù)共存。

這種共生關(guān)系使兩個生物共同進化，最終這些細菌在內(nèi)部成為稱為線粒體的細胞器。除了紅細胞外，你體內(nèi)的每個細胞都有大量的線粒體，這些線粒體對于呼吸過程至關(guān)重要。

它們分解氧氣以生成一種稱為腺苷三磷酸的分子，多細胞生物使用這種分子來驅(qū)動細胞過程。

我們知道有些生物能夠在低氧或缺氧環(huán)境中茁壯成長。一些單細胞生物進化出了與線粒體相關(guān)的細胞器以進行無氧代謝；但是否存在完全無氧的多細胞生物一直是科學辯論的話題。

直到以色列特拉維夫大學的Dayana Yahalomi領(lǐng)導的一組研究人員決定重新研究一種常見的鮭魚寄生蟲Henneguya salminicola。

這種生物是刺胞動物，屬于與珊瑚、水母和海葵同一門。雖然它在魚肉中形成的囊腫很不美觀，但這些寄生蟲并不有害，會伴隨鮭魚整個生命周期。

寄生在宿主體內(nèi)的小型刺胞動物能夠在相當缺氧的條件下生存。但不深入研究這種生物的DNA，很難知道它具體是怎么樣做到這一點的——所以研究人員進行了研究。

他們使用深度測序和熒光顯微鏡對H. salminicola進行了詳細研究，發(fā)現(xiàn)它失去了線粒體基因組。此外，它也失去了有氧呼吸的能力，以及幾乎所有涉及線粒體轉(zhuǎn)錄和復制的核基因。

就像單細胞生物一樣，它進化出了與線粒體相關(guān)的細胞器，但這些細胞器也很不尋常——它們的內(nèi)膜有一些不常見的折疊。

作為對照，研究人員使用同樣的測序和顯微方案研究了一個密切相關(guān)的刺胞動物魚類寄生蟲Myxobolus squamalis，結(jié)果清楚地顯示了線粒體基因組。

這些結(jié)果表明，這里終于出現(xiàn)了一種不需要氧氣生存的多細胞生物。

盡管H. salminicola仍然是個謎，但這種失去功能的現(xiàn)象與這些生物總體上的遺傳簡化趨勢相一致。經(jīng)過許多年，它們基本上從一個自由生活的水母祖先退化成了今天看到的更簡單的寄生蟲。

它們失去了大部分原始水母基因組，但奇怪地保留了一種復雜的結(jié)構(gòu)，類似于水母的刺細胞。它們不使用這些細胞來刺，而是用來附著在宿主上：這是從自由生活的水母的需求到寄生蟲的進化適應。你可以在上圖中看到它們——它們看起來像眼睛的東西。

這一發(fā)現(xiàn)可以幫助漁業(yè)調(diào)整應對這種寄生蟲的策略；盡管它對人類無害，但沒人想買滿是奇怪小水母的鮭魚。

但這也是一個很了不起的發(fā)現(xiàn)，有助于我們理解生命怎么樣運作。

“我們的發(fā)現(xiàn)證實了對無氧環(huán)境的適應不僅僅是單細胞真核生物獨有的，也在多細胞寄生動物中進化出來了，”研究人員在2020年2月發(fā)表的論文中解釋道。

“因此，H. salminicola為理解從有氧到完全無氧代謝的進化過渡提供了機會。”

本文譯自 ScienceAlert，由 BALI 編輯發(fā)布。

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