万物生长靠氧气？这种寄生虫已经跳出“三界外”

源济

万物生长靠氧气？这种寄生虫已经跳出“三界外”

原创 造就 造就 2020-10-04

近日，科学家们发现了首个他们此前认为不存在的动物：一种不能呼吸、也显然不需要呼吸氧气的动物。

这是一种名为鲑居尾鲍虫（H.salminicola）的寄生虫，属于水母的远房亲戚。它生活在鲑鱼的肌肉组织中，并会导致鲑鱼生长出难看的白色斑点，也被称为“木薯病”。

这种寄生虫只有10个细胞，而且细胞的体积比我们体内的许多细胞都小，但它有一个非凡的“超能力”——在细胞内没有将氧气转化为能量的机制下生存的能力。

电子显微镜下的鲑居尾鲍虫

不呼吸的动物

有氧呼吸是指细胞或微生物在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，合成大量ATP的过程。

线粒体是一种存在于大多数细胞中的、由两层膜包被的细胞器，是细胞中制造能量的结构，是细胞进行有氧呼吸的主要场所，被称为细胞的“power house”。

线粒体在电子显微镜下的照片

“在某种程度上，它改变了我们对动物的看法，”该项研究的高级作者多罗瑟·胡洪（Dorothée Huchon）说，她是以色列特拉维夫大学生命科学学院和斯坦哈特自然历史博物馆的动物学教授。

虽然许多微生物已经进化出不用依靠氧气生存的能力，但动物往往要复杂得多。

线粒体是曾经自由生活的细菌留下的遗迹，细菌与宿主细胞共生，进行把化学能量转化为ATP这种生物能量的过程。

虽然线粒体功能所需的许多基因在细胞核基因组中都可以找到，但线粒体也保留了自己的基因组，这些基因组编码着对它在新陈代谢中的起到至关重要作用的各种蛋白质。

此前的科学研究证明，所有动物都由线粒体这一细胞器提供能源，这种细胞器通过呼吸作用将糖和氧转化为能量，并拥有自己的“线粒体基因”。

研究中发现的寄生虫是从奇努克鲑鱼身上找到的，

这种寄生虫还感染银鲑、粉红鲑、红鲑和狗鲑

能量从何而来

当时胡洪正在对从奇努克鲑鱼和相关鱼类身体中的寄生虫提取的基因组进行测序，意外发现鲑居尾鲍虫线粒体基因缺失。

“起初我想，我们肯定是犯了一个错误，”她说。但是，当这种细胞被能够让DNA发出荧光的染料染色时，只有细胞核被染色了，并没有像其他鱼类寄生虫细胞一样出现线粒体的染色。

线粒体DNA并不是唯一被发现缺失的东西。参与呼吸的许多酶的基因也没有在细胞核中被发现。但是能量从何而来呢？

细胞仍然有看起来像线粒体的细胞器，也会产生正常线粒体会产生的各种酶。但可以确定的是，这种细胞“停止了呼吸”。

一些不呼吸氧气的微生物会会吸入氢气，但没有证据表明鲑居尾鲍虫会这样做。还有一些寄生微生物自己不呼吸，而是从宿主那里窃取被称为ATP的能量分子。

“我们相信这就是这种寄生虫正在做的，” 胡洪说。

该细胞在电子显微镜下的图片，

细胞内有看起来像线粒体的细胞器

这种寄生虫一辈子都在一条鱼或蠕虫的体内，比如研究中发现的鲑居尾鲍虫是从奇努克鲑鱼（也称大鳞鲑鱼）身上找到的，这种寄生虫还感染银鲑、粉红鲑、红鲑和狗鲑并寄生在它们的肌肉组织中。

虽然它与水母是远亲，但看起来一点也不像水母。在孢子阶段，它有点像一个小矮人，“在寄生后，它看起来就是一个大斑点，”胡洪说。

在显微镜之下这种寄生虫孢子的原子核发着微弱的绿光。它的孢子可以通过两条尾巴不断地游动，还有一双类似于外星人眼睛的刺细胞。当寻找到合适的基础之后，这双刺细胞则会伸出，依附在寄主身上。

名为鲑居尾鲍虫的寄生虫的荧光显微图，

是全球首个被发现不进行呼吸作用的动物

她说，这种寄生虫似乎不会给鱼的生存带来太大的困扰，但木薯病会使鱼肉无法销售，肉也会变质得更快，这给海鲜行业带来了一定的影响：“没有人愿意吃满是白色斑点的鲑鱼。”

她认为，鲑鱼肌肉属于低氧环境，使得呼吸氧气的能力对这种寄生虫毫无用处。

鲑鱼片中的这两个白色囊肿是鱼类肌肉中寄生虫造成的，

这种感染被称为“木薯病”

达尔豪西大学生物学教授安德鲁·罗杰（Andrew Roger）所在的研究小组发现了第一个没有线粒体的真核生物（且是具有复杂细胞的生命体），他说，“人们相信所有动物都应该有线粒体DNA，并且能够进行有氧新陈代谢，但这一发现改变了教科书对于生物王国的描述。”

他还相信，科学家将发现更多的“不呼吸”的生物，如那些已经适应生活在海底等几乎没有氧气的地方的生物。

罗杰说，动物是可以使用无氧过程来产生糖的，只是它的效率低得多。他补充说，在没有呼吸氧气的情况下生存的能力在厌氧微生物中并不罕见，“但是动物也能做到这一点，实在是太酷了。”

编辑 | 黄一成

版面 | 田晓娜