研究人員提出先有線粒體再有生命複雜性

2010年10月25日 18:05  科技日報

　　本報訊 在最新一期《自然》雜誌上，英國倫敦大學學院生物學家尼克·雷恩和德國杜塞爾多夫大學威廉·馬丁提出了一種或能解釋地球上的動物和植物原祖——首個「真核」有機物如何形成的新假說。該假說認為，複雜的多細胞生命的多樣性，只會出現在一個細胞找到進入另一個細胞的途徑並隨時間進化成線粒體之後。

　　以今天的標準來說，地球上的生命在40億年前首次出現時是相當簡單的。之後的10多億年，我們的地球被那些與今天的單細胞細菌和微生物或多或少有些相似的低微細菌和其它有機物團統治著。接著，也就是在20多億年前，一種新的生命形式在原始流漿中誕生，這代表了一個根本不同的進程進化。我們今天知道的多細胞生命(比如使我們的地球更優美的楓木、黴菌、蘑菇、老鼠或人類等)的多樣性就起源於這種有機物，但科學家仍然不知道它究竟是如何開始存在的。

　　線粒體是產生細胞能量的微小顆粒。人類和其它動物的細胞內擁有數以百計的線粒體，它們為身體「機器」從生到死提供著「燃料」。

　　新思路與以前的假說相矛盾，之前的假說認為，在線粒體出現前，複雜的多細胞生物體首先是憑自己的力量形成的。「生物學家一直認為，複雜性在前，線粒體在後。」馬丁說，「我們的研究則表明，這是行不通的。線粒體是複雜性所必需的」。

　　線粒體的發展在地球的整個自然歷史上似乎只發生過唯一的一次。美國北伊利諾伊大學生物學家尼爾·布蘭科斯通表示，這是生命起源中非常具有挑戰性的一步。不過，它對於一個細胞找到方法進入另一個細胞來說還不夠。兩者不得不以合作的狀態(稱為共生)共存，共享資源而不是相互競爭，共存而不是殺死對方。

　　開始階段的危險是，內部細胞將成為一個寄生蟲，通過與宿主細胞爭奪資源而大出風頭，並最終殺死宿主。不過，研究人員表示，這樣的事情並沒有發生，而是兩個細胞共同進化了。這個內部細胞其實只在一件事情上越來越有效，那就是給細胞提供能量，而且它變得越來越小，為其新出現的功能脫落掉所有不必要的基因。

　　較大細胞內的能量充足性使這些新的生命形式積聚出比它們祖先多出1000倍或更多的DNA數量，允許它們變得越來越複雜，隨著時間的推移逐步形成植物、動物和其他分支。

　　研究人員認為，這種能量學也能解釋為什麼缺乏這些微小能源工廠的細菌和其他細胞從來沒有變得真正的複雜。它們總是面臨能量限制，阻止它們獲得和運用複雜性所需的成千上萬的新基因。(馮衛東)