無(wú)氧環(huán)境中的動(dòng)物

雖然說(shuō),生命起源于幾乎完全無(wú)氧的環(huán)境,氧對(duì)于生命來(lái)說(shuō)是致命的。然而,在釋氧光合生物起源之后,一切都發(fā)生了變化。生命不僅完全適應(yīng)了有氧環(huán)境,而且迸發(fā)出更加美麗的光彩?，F(xiàn)在地球上除了極少數(shù)厭氧細(xì)菌之類的生物,絕大部分生物的生活都離不開氧。就拿人來(lái)說(shuō),你可以幾天不吃飯、不喝水或者不睡覺,但你無(wú)法不呼吸，哪怕只幾分鐘。而我們之所以呼吸,所需要的正是氧。

最近,由意大利馬切科技大學(xué)海洋生物學(xué)家羅伯托·達(dá)諾瓦羅(Roberto Danovaro)領(lǐng)導(dǎo)的科研小組在地中海海底沉積物中首次發(fā)現(xiàn)了能終生在無(wú)氧環(huán)境中生活的多細(xì)胞動(dòng)物。研究者在地中海海底探尋未知生物時(shí)發(fā)現(xiàn),在無(wú)氧和高鹽度的海底沉積物中,生活著3種屬于鎧甲動(dòng)物門(Loricifera)的多細(xì)胞動(dòng)物:Spinoloricus cinzia，Rugiloricus 和Pliciloricus。它們只有1毫米長(zhǎng),生活在海底沉積物中,可謂是地球上最惡劣的生存環(huán)境,以前人們對(duì)這一環(huán)境知之甚少。這一發(fā)現(xiàn)大大拓寬了人們對(duì)生命生存能力的認(rèn)識(shí),彰顯了地球生物的多樣性。此前,科學(xué)家曾發(fā)現(xiàn)一些細(xì)菌、病毒等單細(xì)胞生物能在無(wú)氧環(huán)境生存,但是卻從未發(fā)現(xiàn)過(guò)能在無(wú)氧環(huán)境生存的多細(xì)胞動(dòng)物。

這項(xiàng)研究還顯示,這幾種神奇的海底生物具有適應(yīng)無(wú)氧環(huán)境的生理機(jī)制,它們的細(xì)胞內(nèi)沒有線粒體,為其提供能量的是與一些在無(wú)氧環(huán)境中生存的單細(xì)胞生物具有的"氫化酶體"類似的細(xì)胞器。這些生命形式的發(fā)現(xiàn),對(duì)研究無(wú)氧環(huán)境中的多細(xì)胞動(dòng)物開啟了新思路,為人們提供了一窺地球過(guò)去生態(tài)狀況的機(jī)會(huì)。(BMC Biology 2010,8:30 doi:10.1186/1741-7007-8-30)

早期微生物適應(yīng)陸地干旱環(huán)境的策略

在季節(jié)性湖泊中,隨著季節(jié)變化,蓄水量會(huì)發(fā)生劇烈波動(dòng),甚至出現(xiàn)暫時(shí)性的枯竭。為了適應(yīng)這種情況,局域性微生物的生物化學(xué)組成也會(huì)隨之變化。最近,研究者在調(diào)查美國(guó)俄勒岡州沃納谷中的湖泊群后發(fā)現(xiàn),在季節(jié)性干旱條件下崛起的微生物席與堿性蒸發(fā)湖泊中的微生物群落具有相似的脂類組成,即蠟酯的含量和平均鏈長(zhǎng)都明顯偏高。當(dāng)水份充足的季節(jié)來(lái)臨時(shí),蠟酯會(huì)被皂化,產(chǎn)生乙醇和有機(jī)酸基團(tuán)。這些物質(zhì)可以被存活下來(lái)的下一代微生物利用,以形成建造細(xì)胞膜的脂類。

之前,研究者在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn),原核生物在高溫、缺氮或缺鐵的條件下能夠在細(xì)胞外或細(xì)胞內(nèi)積聚蠟酯,并且蠟酯的鏈長(zhǎng)和不飽和度與細(xì)菌的生長(zhǎng)溫度有關(guān)。因此蒸發(fā)環(huán)境可能也是控制蠟酯形成的因素之一。研究者認(rèn)為,制造蠟酯是一種適應(yīng)干旱環(huán)境的演化策略,因此蠟酯在微生物向陸地進(jìn)軍的過(guò)程中扮演了非常關(guān)鍵的角色。事實(shí)上在自然界中,熱水環(huán)境可以產(chǎn)生非生物成因的蠟酯。或許生物正是模仿這一過(guò)程而創(chuàng)造了產(chǎn)生蠟酯的方法,從而得以逐漸適應(yīng)干旱的陸地環(huán)境。(Geology 2010,38:247-250)