首次发现“无氧生物”:类似水母的寄生虫不会呼吸

据国外媒体报道,今年年初,科学家发现了一种类似水母的寄生虫,它没有线粒体基因组。这是已知唯一没有线粒体基因组的多细胞生物,这意味着该生物不能呼吸。事实上,它的存在完全颠覆了人们对地球上生命的广泛理解,因为它的生存完全独立于氧气!

这一发现不仅改变了我们对地球上生命存在方式的理解,而且可能对寻找外星生命有重要意义。

大约14.5亿年前,地球上的生命开始逐渐形成有氧代谢能力。较大的古细菌可以吞噬较小的细菌,然后这些细菌会驻留在古细菌中。这种共生模式对双方都有利。

这种共生关系导致了两个物种一起进化。最终,较小的细菌存在于称为线粒体的细胞器中。在较大的古细菌中,除了红血球外,每个细胞都有大量的线粒体,这是呼吸过程所必需的。线粒体分解氧气产生一种叫做三磷酸腺苷的分子,多细胞生物利用这种分子为细胞获取能量。

我们知道,一些进化适应可以使生物在缺氧环境中生存,一些单细胞生物已经进化出与线粒体相关的厌氧代谢细胞器,但是否存在单一的厌氧多细胞生物仍是科学界有争议的话题。

以色列特拉维夫大学的一个研究小组对一种常见的鲑鱼寄生虫进行了研究,发现这种寄生虫名为亨内吉亚鲑鱼,是一种棘皮动物,与珊瑚、水母和海葵属于同一门。尽管寄生虫在鲑鱼体内形成的包囊非常丑陋,但它们对鲑鱼无害,并与鲑鱼的生命周期共存。

这些藏在宿主体内的微小棘皮动物可以在缺氧条件下生存。如果不进一步观察生物体的DNA,很难发现它们是如何存活下来的。

研究人员利用深度测序和荧光显微术对海娜吉亚鲑进行了深入分析,发现它们已经失去了线粒体基因组,此外,它们还失去了有氧呼吸能力,几乎所有参与线粒体转录和复制的核基因都已经丢失。

像单细胞生物一样,它进化出了与线粒体相关的细胞器,但是它们非常独特,并且通常在内膜上看不到褶皱。研究人员采用了相关的测序和显微镜观察方法进行观察——寄生在鱼体上的另一种棘皮动物寄生虫——粘粒棘皮动物,并以此为参照进行比较,清楚地显示线粒体基因组的变化。

研究结果表明,海娜吉亚鲑是一种不需要氧气就能生存的多细胞生物,但它是如何生存的仍是一个谜。它可能从宿主体内吸收三磷酸腺苷,但这一发现仍需迫切验证。

然而,线粒体基因组的丢失与这类生物的整体进化趋势是一致的,这是一个基因简化的过程。许多年后,它们基本上从自由生活的水母祖先物种进化成了我们今天看到的更简单的寄生虫。

它们已经失去了水母远古祖先的大部分基因组,但令人惊讶的是,它们保留了类似水母蛰刺细胞的复杂结构,这种细胞不是用来刺伤猎物,而是附着在宿主身上,从而满足了水母样生物对寄生虫的生存适应。寄生虫的外观非常像眼睛。这一发现可能有助于渔业调整其应对寄生虫的策略。尽管这种寄生虫对人类无害,但没有人愿意购买带有眼睛状寄生虫的鲑鱼。

这项最新研究意义重大,有助于科学家深入了解生物生存的奥秘。他们指出,对厌氧环境的适应不是单细胞真核生物独有的,而是从多细胞寄生虫进化而来的。

沙门氏菌为理解生物体从有氧代谢到纯无氧代谢的进化和转化提供了重要线索。目前,该研究报告发表在最近出版的《国家科学院学报》上。(叶孤城)

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