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瑞典研究:生命能量之源線粒體祖先不是 α-變形菌

2018/4/26 — 12:58

線粒體,圖片來源:CorticalStudios片段截圖

線粒體,圖片來源:CorticalStudios片段截圖

線粒體 (mitochondrion) 是真核細胞 (eukaryotic cell) 的「發電廠」——這些直徑只有 0.5-10 微米的細胞器專門供應能源予細胞運作,亦會合成如鐵、硫等的微量要素。科學家相信,沒有線粒體,地球上所有複雜生命體就不會出現。

不過,線粒體起源與演化一直在學界受激烈爭議。過去幾十年,主流說法為內共生演化學說 (endosymbiosis) 指線粒體祖先原為獨立生存的細菌,其後被其他宿主細胞吸收。

現時大量研究均指線粒體祖先與多種 α–變形菌 (Alphaproteobacteria) 有關。然而,多數存在於海洋中的 α–變形菌成員變異性極大,且共通點極少,學界對線粒體由哪種 α–變形菌演化而來仍未有共識。

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另外,亦有學者提出線粒體由 α–變形菌綱下的立克次體目 (Rickettsiales) 演化出來。立克次體也是一種寄生於真核細胞的細菌,並需完全依賴宿主細胞才可生存。其中一個著名成員是普氏立克次體 (Rickettsia prowazekii) ,能引致有發燒、頭痛和皮疹等症狀的斑疹傷寒 (typhus)

瑞典烏普薩拉大學分子演化學家 Thijs Ettema 指,學界對線粒體演化進程未有共識其中一個原因是與其相關的最近親 α–變形菌仍未被發現。為了打破僵局,他與另一同事 Joran Martijn 則嘗試從太平洋與大西洋的環境基因數據,尋找未曾見過的 α–變形菌。團隊然後利用全新基因排序方法,成功重組 12 個類別、超過 40 種未被辨識過的 α–變形菌基因組。該研究現已刊於《自然》

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原本,團隊以為這些新發現的 α-變形菌基因組能幫助更準確地找出現代線粒體與 α–變形菌的關係,克服一直以來重塑線粒體演化歷史的困難。不過,研究結果卻令團隊感到意外:任何已知 α–變形菌在基因上並不與線粒體有最近親關係,換言之研究排除了線粒體屬於 α–變形菌家族的說法。團隊指,線粒體與 α–變形菌可能來自同一共同祖先,後來才演化出兩個支系。

Martijn 又解釋,現時流行的立克次體演化來源說法,很有可能是假設錯誤所致。雖然線粒體與立克次體在相似環境下有同樣演化,但兩者仍有獨立演化與基因排序模式,發現將令線粒體演化過程更為複雜。

Ettema 對研究暫時未能找到線粒體祖先現代近親表示失望,又指團隊可能在錯的地方尋找答案。不過,他的團隊將會繼續尋找線粒體的近親,了解複雜生命起源。

來源:
Phys.org, Researchers redefine the origin of the cellular powerhouse, 25 April 2018

報告:
Martijn, J., Vosseberg, J., Guy, L. & et al. (2018). Deep mitochondrial origin outside the sampled alphaproteobacteria. Nature (2018). doi: 10.1038/s41586-018-0059-5

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

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