关于宇宙和我们在宇宙中的经历的一些真理似乎是不可改变的。天已经升起来了。重力很糟糕。没有什么能比光传播得更快。多细胞生命需要氧气才能生存。但我们可能需要重新考虑最后一个。
科学家们刚刚发现一种类似水母的寄生虫没有线粒体基因组,这是已知的第一个缺乏线粒体基因组的多细胞生物。这意味着它不呼吸;事实上,它的一生完全不依赖氧气。
这一发现不仅改变了我们对地球上生命如何存在的理解,还可能对寻找外星生命产生影响。
生命有时开始发展出代谢氧气的能力,即呼吸能力超过14.5亿年前。更大的古细菌吞噬了一个较小的细菌,不知何故,细菌的新家对双方都有利,两人就呆在一起了。
这种共生关系导致两种生物体一起进化,最终那些隐藏在其中的细菌变成了细胞器称为线粒体。除红细胞外,体内的每个细胞都含有大量线粒体,它们对于呼吸过程至关重要。
它们分解氧气产生一种叫做三磷酸腺苷,多细胞生物用来为细胞过程提供动力。
我们知道,某些生物体有一些适应能力,可以在低氧或缺氧条件下茁壮成长。一些单细胞生物已经进化与线粒体相关的无氧代谢细胞器;但纯厌氧多细胞生物的可能性一直是一些科学争论的主题。
也就是说,直到以色列特拉维夫大学达亚娜·亚哈洛米 (Dayana Yahalomi) 领导的一组研究人员决定再次研究一种名为“鲑鱼寄生虫”的常见鲑鱼寄生虫。鲑鱼。
(斯蒂芬·道格拉斯·阿特金森)
它是一种刺胞动物,与珊瑚、水母和海葵属于同一门。虽然它在鱼肉中产生的包囊很难看,但寄生虫无害,并将在其整个生命周期中与鲑鱼一起生活。
这种微小的刺胞动物隐藏在宿主体内,可以在相当缺氧的条件下生存。但如果不查看该生物的 DNA,就很难知道它到底是如何做到这一点的——所以研究人员就是这么做的。
他们使用深度测序和荧光显微镜对鲑鱼,并发现它失去了线粒体基因组。此外,它还失去了有氧呼吸的能力,以及几乎所有参与线粒体转录和复制的核基因。
与单细胞生物一样,它也进化出了与线粒体相关的细胞器,但这些细胞器也很不寻常——它们的内膜上有不常见的折叠。
对密切相关的刺胞动物鱼类寄生虫进行相同的测序和显微镜方法,鳞粘液虫,用作对照,清楚地显示了线粒体基因组。
这些结果表明,这里终于出现了一种不需要氧气就能生存的多细胞生物体。
它究竟是如何幸存下来的仍然是一个谜。它可能是从宿主中吸取三磷酸腺苷,但这还有待确定。
但这种损失与这些生物的总体趋势非常一致——基因简化。经过很多很多年,它们基本上已经从自由生活的水母祖先变成我们今天看到的更简单的寄生虫。
(斯蒂芬·道格拉斯·阿特金森)
它们失去了大部分原始水母基因组,但奇怪的是保留了类似于水母刺细胞的复杂结构。他们不会用这些来蜇人,但是紧贴他们的主人:从自由生活的水母的需求到寄生虫的需求的进化适应。你可以在上图中看到它们——它们看起来像眼睛。
这一发现可以帮助渔业调整应对寄生虫的策略;虽然它对人类无害,但没有人愿意购买沾满微小奇怪水母的鲑鱼。
但这也是一个帮助我们理解生命如何运作的重大发现。
研究人员在论文中写道:“我们的发现证实,对厌氧环境的适应并不是单细胞真核生物所独有的,多细胞寄生动物也进化出了这种能力。”
“因此,鲑鱼为理解从有氧代谢到专有无氧代谢的进化转变提供了机会。”
该研究发表于美国国家科学院院刊。