精華 首個(gè)不需氧氣生存的動(dòng)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(méi)有什么能比光速更快，多細(xì)胞生物需要氧氣才能生存。然而，最后這一點(diǎn)我們可能需要重新思考。

2020年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種像水母的寄生蟲(chóng)，它沒(méi)有線粒體基因組——這是首次發(fā)現(xiàn)的沒(méi)有這種基因組的多細(xì)胞生物。這意味著它不呼吸；事實(shí)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(duì)地球上生命運(yùn)作方式的理解，還可能對(duì)尋找地外生命產(chǎn)生影響。

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

這種共生關(guān)系使兩個(gè)生物共同進(jìn)化，最終這些細(xì)菌在內(nèi)部成為稱為線粒體的細(xì)胞器。除了紅細(xì)胞外，你體內(nèi)的每個(gè)細(xì)胞都有大量的線粒體，這些線粒體對(duì)于呼吸過(guò)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(xì)胞生物使用這種分子來(lái)驅(qū)動(dòng)細(xì)胞過(guò)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(zhǎng)。一些單細(xì)胞生物進(jìn)化出了與線粒體相關(guān)的細(xì)胞器以進(jìn)行無(wú)氧代謝；但是否存在完全無(wú)氧的多細(xì)胞生物一直是科學(xué)辯論的話題。

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

這種生物是刺胞動(dòng)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(chóng)并不有害，會(huì)伴隨鮭魚整個(gè)生命周期。

寄生在宿主體內(nèi)的小型刺胞動(dòng)物能夠在相當(dāng)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(diǎn)的——所以研究人員進(jìn)行了研究。

他們使用深度測(cè)序和熒光顯微鏡對(duì)H. salminicola進(jìn)行了詳細(xì)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(fù)制的核基因。

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

作為對(duì)照，研究人員使用同樣的測(cè)序和顯微方案研究了一個(gè)密切相關(guān)的刺胞動(dòng)物魚類寄生蟲(chóng)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(xì)胞生物。

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

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(fù)雜的結(jié)構(gòu)，類似于水母的刺細(xì)胞。它們不使用這些細(xì)胞來(lái)刺，而是用來(lái)附著在宿主上：這是從自由生活的水母的需求到寄生蟲(chóng)的進(jìn)化適應(yīng)。你可以在上圖中看到它們——它們看起來(lái)像眼睛的東西。

這一發(fā)現(xiàn)可以幫助漁業(yè)調(diào)整應(yīng)對(duì)這種寄生蟲(chóng)的策略；盡管它對(duì)人類無(wú)害，但沒(méi)人想買滿是奇怪小水母的鮭魚。

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

“我們的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了對(duì)無(wú)氧環(huán)境的適應(yīng)不僅僅是單細(xì)胞真核生物獨(dú)有的，也在多細(xì)胞寄生動(dòng)物中進(jìn)化出來(lái)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(wú)氧代謝的進(jìn)化過(guò)渡提供了機(jī)會(huì)。”

本文譯自 ScienceAlert，由 BALI 編輯發(fā)布。

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