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古代共生基因暗示了线粒体的起源

科学
wanwan (42055)发表于 2022年04月27日 15时29分 星期三
来自天风怒
很久以前,在生命、捕食、死亡的大戏中,唯一的参与者是小到看不见的简单细胞。古生菌和细菌在海洋和池塘中辗转浮沉,组成几微米宽的堡垒,吞噬有机物质薄膜。然后它们中的一些开始发生变化,最终第一个真核生物出现了,它是第一个将其基因锁定在细胞核中的生物体,其内部排列着交错的隔室,最重要的是,它利用线粒体来产生能量。我们和所有肉眼可见的生命都是该细胞的后代,它是所有真核生物最后的共同祖先。

科学家对这一转变过程中发生了什么仍然知之甚少。核心难题之一是真核生物祖先是如何以及何时获得线粒体的,它是产生细胞能量的细胞器“发电站”。线粒体显然曾经是一种独立的细菌,直到某个宿主细胞(从所有的证据来看,它是一种古生菌或者一种古生菌的后代)吞噬了它并将其变成了永久的共生伙伴。但从能量的角度来说,真核细胞吞噬细菌的方式代价高昂;它需要广泛而快速地重塑细胞骨架,即细胞膜之下的蛋白质支架。一个细胞几乎需要线粒体才能做到这一点,因为线粒体从一个葡萄糖分子中提取的能量大约是糖酵解和发酵(替代代谢过程)的 18 倍。所以科学家争论哪个先出现:是线粒体还是被称为吞噬作用的吞噬过程。

两种选择表示的真核生物起源故事截然不同:线粒体是事后才出现,是第一个真核生物演化之后才出现的吗?还是它出现得更早,具有惊人的能量生产能力,推动了我们祖先的变化?最近发表在《分子生物学与演化论》上的一篇论文对 15 亿多年前的这个“先有鸡还是先有蛋”的问题进行了有趣的探讨。研究人员对 30 多种寄生和共生细菌的 DNA 进行了测序,这些细菌在被真核细胞吞噬后不会被消化,以宿主的资源为生。科学家意识到,居住在真核细胞内的能力似乎比预期的要古老得多。这表明某种形式的吞噬作用早于线粒体出现,为即将到来的革命奠定了基础,它也带给我们一些重要的警告。