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科学家发现奇异蛭形轮虫可无性繁殖并吞噬DNA

  据国外媒体报道,蛭形轮虫是一种小型的全部是雌性的生物,在过去漫长的8千万年中它们忍受着无性繁殖的生存方式。最新的研究表明,一种怪异的吞噬基因可能就是造成了这种无性繁殖与其他生存方式的区别。科学家们在研究过程中发现,这种蛭形轮虫有百分之十的活性基因是来源于细菌和真菌、藻类等细小微生物。来自剑桥大学本项试验研究的负责人艾伦(Alan Tunnacliffe)认为这项新的研究发现使得这种原本就显得不可思议的小生物更加的古怪。

 

    研究人员发表声明称,他们并不清楚这种基因摄入的过程是怎么发生的,但是几乎可以肯定的是,在基因摄入的过程中必定包含了吞噬周围含有基因片段的有机物碎片,蛭形轮虫会吞噬任何比它们脑袋要小的东西。许多无性繁殖的生物被认为是注定要灭绝的,因为其繁殖过程缺乏基因的多样性,以及由一对父母基因合成所带来的突变。但是,蛭形轮虫成功地避免了这种无性繁殖的缺陷,至少生成了400个不同的品种。

 

    这种小型生物还有个非凡的特质便是它们能够对抗极度脱水状态,这或多或少都归功于外源基因。最近的研究发现,部分的外源基因能够在蛭形轮虫开始变得干燥的时候被激活,使它们从水生物家族中脱离出来,同时这些基因可能也是种强大的抗氧化剂,是能够帮助蛭形轮虫对抗脱水的副产品。这种抗氧化剂的成分目前还未明确,但研究人员相信其来自外源基因。科学家们研究发现,蛭形轮虫的生存可能也归功于它们强有力的基因修复机制,而这个机制似乎已经进化到一个可重复的基因组。

 

如果自然界上演一场《幸存者》的真人秀,笑到最后的很可能是蛭形轮虫bdelloid rotifers而不是我们所说的“小强”蟑螂。这种小生物能够在高强度辐射和长年干旱中生存下来,并且能依靠无性繁殖延续千万年。蛭形轮虫的超能力受到了科学家们的广泛关注,近日Science杂志报道了该领域研究的新进展。

发表在PLOS Genetics杂志上的一项研究为人们揭示了蛭形轮虫的超能力之源。研究通过基因分析发现,蛭形轮虫基因组中约有10%的活跃基因都是从其他物种“拿来”的,包括真菌、细菌和植物。正是这些外源基因赋予蛭形轮虫轻松应对极端环境的能力,这一点是其他生物无法比肩的。

文章作者剑桥大学分子生物学家Alan Tunnacliffe介绍道,蛭形轮虫是一种基因嵌合体,到处摄取DNA,它体内的生化反应也一样复杂。蛭形轮虫约有400种,是扁形虫的远亲,生活在淡水或淡盐水中,它们不仅能够应对突然而来的干旱,还能在无水环境生活九年。

从进化生物学角度来看,蛭形轮虫就更奇怪了。约八千万年前,蛭形轮虫就全是雌性进行无性繁殖,这完全推翻了生物学家的原有理论。人们认为有性生殖带来了遗传学改变,允许生物适应环境变化避免退化,而无性繁殖的动物会灭绝。蛭形轮虫却是个例外,这也使生物学传奇人物John Maynard Smith感到困惑。

2008年,有研究发现蛭形轮虫基因组中含有外源DNA。于是Tunnacliffe及其同事决定对这些外源遗传物质进行分析,他们测序了蛭形轮虫的DNA得到了活跃基因的图谱,发现约有10%的DNA分别来自于500个不同物种。

通过比对数据库,研究人员发现许多序列都是简单生物用来指导酶合成的,不过这些序列在复杂动物体内的作用还是未知的。举例来说,蛭形轮虫基因组中含有两个细菌基因,它们生成的酶可以分解有毒化合物苯乙腈。还有另个基因来自寄生性原生动物,它们的产物能够抵御细胞损伤。Tunnacliffe指出,蛭形轮虫体内有40%的酶促反应都涉及外源基因。

同样研究蛭形轮虫的进化生物学家David Mark Welch发表评论,认为蛭形轮虫活性基因中外源DNA比例高的惊人,“如果真是这样,那蛭形轮虫一定在漫长的历史中不断获取外界的DNA。”

加拿大生物学家Bernard Angers表示,由此看来分析这些外源基因的产物将很有意义,可以帮助人们理解蛭形轮虫耐受极端环境的能力。

Tunnacliffe指出,虽然还不清楚蛭形轮虫怎样得到外源DNA,不过这些DNA的确为它们提供了足够的遗传学物质,帮助蛭形轮虫克服了无性繁殖的劣势。