研究人员发现了一种没有线粒体的动物

研究人员发现了一种没有线粒体的动物

真核生物是生命之树的一个分支,拥有复杂的细胞,包含一个单独的DNA隔间,许多内部隔间,以及利用氧气提供大量能量的线粒体。这些特征如此成功,以至于我们找不到任何缺乏这些特征的真核生物祖先的踪迹。线粒体动员能量的能力被认为是动物生命的重要组成部分。

也就是说,有一小部分单细胞寄生虫似乎在进化过程中失去了这种产生能量的功能。它们典型地仍然有线粒体样的隔间,但是它们已经失去了它们的DNA和在有氧代谢中的作用。相反,这些隔间参与特殊的化学功能,比如产生氢。但这些都是典型的寄生虫,生活在无氧环境中,与动物生活关系不大。

但现在,研究人员发现了一种动物,它也是一种寄生虫,生活在缺氧环境中。而且,它也摆脱了线粒体,这是已知的第一个缺乏线粒体的动物。

我们从不谈论的奇怪的表亲

很多动物,包括我们和大多数与我们相处的动物,都是双面人——他们有左右两边。但是有很多生物没有这种整齐的身体组织。水母、海葵和珊瑚属于动物王国的一个独立分支,称为刺胞动物。刺胞动物的典型特征是放射状对称,它们没有一个清晰的大脑来协调它们的活动,但它们却能协调活动,这一点从水母温和的游动中就能看出来。

如果你对这些典型的刺胞动物感到有点奇怪,那么粘液动物甚至比你所熟悉的边界还要远。它们是专性寄生虫,它们的生命周期至少需要两个宿主,通常是一条鱼和一条蠕虫。也许因为这个特殊的生命周期,实际上有很多这样的细胞;到目前为止,科学家已经描述了1300多种物种。尽管它们不会感染人类(至少我们知道),但它们确实会给我们带来问题,因为它们对鱼的喜爱使它们成为商业养鱼场的一个问题。

我们知道这些是刺胞动物的唯一原因是我们从它们身上获得了一些DNA序列。因此,研究人员开始对这些生物的整个基因组进行测序也就不足为奇了。真正令人惊讶的是,研究人员发现了一种名为Henneguya salminicola的物种的基因组,顾名思义,它的部分生存时间是用来捕食鲑鱼的。这一发现——或者说缺乏发现——是因为它没有线粒体基因组。

Myxed了myxozoans

为了确保所有的黏液动物或他们自己的实验过程中没有什么奇怪的地方,研究人员对一个相关有机体的DNA进行了排序。研究人员发现,DNA有一个完全合理的线粒体序列。然后,他们查看了他们获得的核基因组序列,寻找能够编码复制线粒体DNA所需蛋白质的基因。一个相关物种大约有50个这样的基因,而Henneguya salminicola只有6个。负责复制的实际酶的编码基因就在那里,但它挑出了三个突变,使它失去了功能。

利用一种粘附在细胞上的荧光分子在细胞内寻找DNA,结果发现它只存在于Henneguya salminicola的细胞核内。相关的物种在暴露于染料后,线粒体会发光。因此,据研究人员所知,这个物种中没有线粒体。

那是什么?

然而,当研究人员使用电子显微镜观察时,他们能够看到类似线粒体的东西,具有典型的层状膜结构,包括最内层膜的一系列褶皱。这并非完全出乎意料;正如上面提到的,一些单细胞寄生虫不再有进行氧化代谢的线粒体,但仍然建立了类似的结构来处理其他代谢功能。

为了了解在Henneguya salminicola中什么是可能的,研究人员寻找编码有助于产生ATP的电子传递链成分的基因。大多数的这些似乎不在这个有机体中,这表明无论这个结构在做什么,它都不会产生ATP。在许多单细胞寄生虫中,线粒体残体释放氢;所需的基因似乎也缺失了。然而,salminicola H. salminicola仍然含有处理DNA、RNA和蛋白质构建块的新陈代谢所需的基因,这表明仍然有一些基本功能在那里发挥。

因此,线粒体残体的功能目前仍不清楚。但我们有可能推测出,这是目前已知的唯一一种没有线粒体功能的动物。当在鱼体内时,这种微生物会寄居在白色肌肉中,而白色肌肉的功能显然是通过厌氧代谢来实现的。虽然还不清楚第二宿主是什么,但很多蠕虫也生活在厌氧环境中。所以,完全有可能这种生物在其存在的大部分时间里都没有任何氧气用于新陈代谢。

像Henneguya salminicola这样的寄生物种经常失去特征,因为它们攻击的物种为它们提供了很多。如果这种生物很少见到氧气,那么失去进行依赖氧气反应所需的基因将是预期的结果。也有可能拥有一个更小的基因组和不那么复杂的内部结构将有利于这些生物的进化。

这一发现是否意味着我们应该重新考虑将以氧为基础的新陈代谢作为动物生存的先决条件?不完全是。很明显,如果没有动物宿主来提供我们通常认为更复杂的生物体所具有的许多东西,这些生物体将很难生存。所以,完全有可能的是,由复杂细胞激活的以氧为基础的新陈代谢对于动物的起源仍然是必不可少的。只有在这些动物存在之后,它才可能是可有可无的。

PNAS上,2019年。DOI: 10.1073 / pnas上。1909907117(必须)。

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