沒有氧氣你能存活嗎?但發現的這種動物就可以!

30億年前,地球上的環境與現在大不相同。那時到處都沒有氧氣—第一個藍細菌必須找出一種依靠火山二氧化碳,水和陽光生活的方法。所以這些古老的有機體生活在厭氧的環境中。奇怪的是,我們今天所呼吸的大氣類型是它們為我們所創造的,因為其食物生產的副產物氧氣最終覆蓋了大氣。厭氧生物被迫進入地球的無氧角落和縫隙,並保持簡單和單細胞狀態。

沒有氧氣你能存活嗎?但發現的這種動物就可以!

是一種動物,但沒有線粒體

在《美國國家科學院院刊》發表的一篇文章顯示,一組科學家發現了一種小型的寄生刺胞動物——水母的近親——不需要氧氣來呼吸。

這種動物叫Henneguya salminicola,是一種微小的、具有類似外星人頭的寄生蟲,有一條長長的尾巴,以鮭魚和其他魚類的肌肉組織為食。它是一種真核生物,屬於廣泛生物大類的一員,包括你肉眼所能看到的大多數生物:動物、植物、真菌等。真核生物的細胞含有各種奇特的細胞器,而原核生物則沒有這些細胞器。這其中一個細胞器就是線粒體,這個結構本身就有一個很小的基因組,與生物體的其他部分分離,真核細胞利用它在氧氣的幫助下產生能量。

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但在我們稱之為“真核生物”的較大類群中,有一些單細胞、非動物物種是厭氧的。它們沒有線粒體,但有科學家稱之為“線粒體相關細胞器”的東西。Henneguya salminicola是第一個具有此功能的動物。

這確實很奇怪,怎麼會這樣呢?

一種異常的進化

研究合著者、俄勒岡州立大學微生物學系研究教授斯蒂芬·阿特金森說:“Henneguya salminicola的祖先幾乎肯定有線粒體,它的所有近親都有線粒體,而進化到無氧生活方式和功能性線粒體的喪失似乎是該物種最近的一次適應——至少我們目前所知是這樣的!”

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在典型動物的細胞中,線粒體以多步過程利用氧氣來產生化學能。研究小組發現,這種寄生蟲只適應一個氧氣非常少的環境。不需要線粒體,也就意味著失去了使用氧氣過程中至少幾個部分的遺傳指令——例如,Henneguya salminicola就失去了它的線粒體基因組,而其他動物細胞則需要線粒體基因組,因為它們含有使用氧氣的指令。通過丟失基因組,寄生蟲不必為不再需要的東西複製基因,從而節省能源。

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但是它怎麼能在沒有氧氣的情況下生存呢?科研人員認為:我們假設它必須從宿主細胞中吸收與能量產生相關的分子,而宿主細胞已經完成了部分過程。從宿主那裡偷東西是寄生的根本!

這種動物存在意味著什麼?

和許多重要發現一樣,這一發現完全出乎意料——研究人員希望對兩種小型寄生蟲的基因組進行比較,但每次他們試圖運行Henneguya salminicola的基因組時,顯然有些事情非常奇怪。他們進一步觀察,發現它的細胞內有一個小的空袋子,裡面可能曾經有線粒體。

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這一發現表明,即使是複雜的生命也可以在沒有氧氣的環境中進化成功,從而擴大了我們對‘動物’的理解。知道無氧動物的存在提醒我們,我們必須在其他物種中注意這一點——也許可以在無氧環境中尋找我們以前從未見過的動物。特別是對於黏液蟲寄生蟲的研究,這意味著我們將從現在開始尋找其他物種中不尋常或缺失的線粒體,試圖發現宿主、組織和環境之間的聯繫,這些聯繫會導致線粒體功能喪失,從而利用厭氧代謝。

在這些寄生蟲中發現厭氧機制也可能為治療開闢新途徑,因為特定藥物已被用於靶向其他厭氧寄生蟲。


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