5.5亿年前增氧事件推进动物演化

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5.5亿年前增氧事件推进动物演化

' C+ e8 k5 x3 I, a% Y( i- k& `作者：Christopher Schofield 来源：《EMBO报告》 发布时间：2010-12-24
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丝盘虫（来源：Karolin von der Chevallerie, University of Hannover）

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/ U2 z7 B0 T. g" c, Z2 n. V牛津大学的科学家们近日发现了能解释5.5亿年前多细胞生物起源的重要线索，那时的大气含氧量从3%迅速升高到了21%，和现在的含氧量相同。
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! n' b. H" b* H1 ^由C.Schofield教授带领的团队发现，人体检测氧气的原理和最原始的动物——丝盘虫（Trichoplax adhaerens）是相同的，因此，这种氧气检测系统可能在5.5亿年前动物起源时就出现了。
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这项发现发表在《欧洲分子生物学组织报告》（EMBO Reports）上，它讨论了人体怎样感知和检测氧气，以及氧气含量怎样推动早期动物演化。Schofield 教授说：“对多细胞生物而言，有足够的氧供给每一个细胞是非常重要的，因此大气氧含量升高为多细胞生物起源创造了可能。
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* ?; [& A4 G; t“然而相对原始单细胞生物，多细胞生物还面临着一项挑战。由于细胞聚集成团，氧就不能直接从表面扩散到内部了。我们推测，这一困境推动了丝盘虫的祖先发展出能感知氧浓度的系统，以便在细胞缺氧时采取补救措施。”
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2 V/ j1 T6 \' z, z, c拥有了这种能力，动物便能更好地在低氧条件下存活。例如，若人体由于高原反应或强体力活动而缺氧，这一系统便能有所反应，防止中风、心脏病发作等。丝盘虫是一种小型海生动物，它没有器官的分化，只有五种细胞类型，看上去就像变形虫。科学家们分析了丝盘虫在缺氧条件的反应，发现这和人体应对缺氧的机制相同——毫不夸张地说，把丝盘虫体内起关键作用的酶放在人体细胞里，它也能发挥正常作用。- _" p( R; I* K% j. z* s
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他们还察看了几种其它动物的基因组，发现多细胞动物普遍存在这种机制，而最原始的单细胞动物却没有，可见该机制是随着多细胞动物一同起源的。
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人体最关键的氧气感知酶如果出现异常，可能诱发红血球增多症。该研究也为治疗这种疾病提供了新思路。
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了解从原始动物到人的演化历程，有助于我们深入了解细胞的运作过程。而了解常见的生化反应途径，是科学家们改善人类生活质量、延长人类平均寿命的重要基础。（来源：化石网/faywater）
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The hypoxia-inducible transcription factor pathway regulates oxygen sensing in the simplest animal, Trichoplax adhaerens
# _  u+ A: T6 v0 d* C( YChristoph Loenarz, Mathew L Coleman, Anna Boleininger, Bernd Schierwater, Peter W H Holland, Peter J Ratcliffe and Christopher J Schofield$ n! f0 {. d2 ]; K- b

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Abstract

6 |9 H0 V" t6 z( N1 pThe hypoxic response in humans is mediated by the hypoxia-inducible transcription factor (HIF), for which prolyl hydroxylases (PHDs) act as oxygen-sensing components. The evolutionary origins of the HIF system have been previously unclear. We demonstrate a functional HIF system in the simplest animal, Trichoplax adhaerens: HIF targets in T. adhaerens include glycolytic and metabolic enzymes, suggesting a role for HIF in the adaptation of basal multicellular animals to fluctuating oxygen levels. Characterization of the T. adhaerens PHDs and cross-species complementation assays reveal a conserved oxygen-sensing mechanism. Cross-genomic analyses rationalize the relative importance of HIF system components, and imply that the HIF system is likely to be present in all animals, but is unique to this kingdom.
2 F, S: I* L0 Thttp://www.nature.com/embor/jour ... /embor2010170a.html

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2 L' O, S' r2 y( Z老狼提示：
/ y3 f2 O4 W) `6 o( E# L! g     大多数正常组织在有氧时通过糖的有氧分解获取能量，只有在缺氧时才进行无氧糖酵解。肿瘤组织则即使在氧供应充分的条件下也主要是以无氧糖酵解获取能量。糖酵解的许多中间产物被瘤细胞利用合成蛋白质、核酸及脂类，从而为瘤细胞本身的生长和增生提供了必需的物质基础。肿瘤组织的蛋白质合成及分解代谢都增强，但合成代谢超过分解代谢，甚至可夺取正常组织的蛋白质分解产物，合成肿瘤本身所需要的蛋白质，结果可使机体处于严重消耗的恶病质（cachexia）状态。

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肿瘤的行为是系统行为，正常细胞转变为肿瘤细胞后，发生了系列行为转变，显示了肿瘤是寄生在正常细胞内的潜伏分子，而不仅仅是变异、出错那么简单。我们对付肿瘤也应该如同对付一个有一定智慧和应变能力的生物，而不应该将其简单地想象成一次或两次突变。就像孙悟空钻进铁扇公主的肚子里，又恨又怕。肿瘤基因在我们人体每个细胞内部。想防止肿瘤的发生，只有保护好肌体平衡，避免激惹它，使之活跃起来。
3 k9 x9 W) S1 D# c& P+ i就像一个人，如果持续刺激他，就可能是他成为神经病，治疗神经病的最好办法就是不要刺激他。
5 g# v3 g4 M) z7 w4 C& G, N: L0 c' q谁支持我的“寄生说”？和我一起完善它？

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不错……

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作者：Ganqing Jiang 来源：《自然》 发布时间：2012-10-30 16:28:40+ k" w% c% W# ^% r' n

氧气剧增或促进早期动物演化 2 {$ Z, `9 A- M0 ?  M 近日，包括中国地质大学（北京）（以下简称“地大”）科研人员在内的国际研究团队发现，在距今约6.3亿年的新元古代，极端寒冷气候之后的氧气剧增促进了早期动物演化。相关研究成果日前发表于英国《自然》杂志。 $ q) F7 P: p$ Z5 v# [3 E. y( y6 c6 ]; t% O# M 据了解，在地球历史上超过3/4的时间里，大气圈和海洋中的氧气含量都很低，难以维持动物生存。 6 ]; \( E) b8 J! a; f$ j" J 1 f+ f2 ^- \. \- q长期以来，地质学家和进化生物学家都推测，在迄今大约7.5亿至5.8亿年前的“雪球地球”之后，氧气的增加促进了早期动物演化。不过，他们却苦于找不到证据来证明两者之间的因果联系。7 t7 t8 k: \- e) T: ~ + z+ J* J/ Z! S7 d, @/ ?为此，该研究团队分析了华南地区盖帽碳酸盐上富含有机质的黑色页岩中的铁和微量金属元素的含量，尤其是钼、钒和铀的含量。研究结果表明，在最早的需氧动物出现之前，钼、钒、铀在岩石中的含量具有明显的峰值。 / |& r0 `  E5 R1 {8 {4 o5 Z / I" R5 q6 v# S“只有在海洋环境普遍氧化的情况下，海洋微量金属元素的储库才有可能接近现代水平。”研究团队中来自美国内华达州立大学地球科学系的斯瓦潘·撒胡博士解释说，华南地区岩石样品中如此高的微量金属含量，为海洋氧化提供了确凿无疑的证据。+ S( ^& R+ Z9 v/ A% d/ B " `3 w+ P5 k7 ^ “此次研究首次推翻了埃迪卡拉纪深海无氧的概念。”地大地球科学与资源学院教授史晓颖指出，在早期地球历史上，大气圈缺乏氧气，所以海水中的溶解氧很少，海洋呈现一种长期的分层状态，即表层为含氧层，深层为缺氧层。 . A+ ?2 w, Q# Z5 h# {) |& m6 w% l* p8 ^! o, U “华南地区保存着距今6.32亿至5.8亿年前的‘蓝田生物群’，该生物群来自水深50米至200米之间的或者更深的海水环境。前人许多研究认为当时的深海并没有氧化。如果这种推测属实，就很难解释这些宏体生物的出现。”地大博士王新强解释说，“这一研究无疑有利于理解生物事件与环境事件的自然顺序。”7 C* |# f, b- y* T# x 2 w2 A1 T( J+ I# V2 Y“这是一项令人兴奋的新成果，它为研究早期动物起源及其此后演化期间的海洋氧化还原环境打开了一扇新的窗户。”美国亚利桑那州立大学教授布莱恩·肯德尔评价说。 4 A2 w5 O9 H+ ] 6 S4 ?# a6 f3 a据悉，该研究受到中国国家自然科学基金、美国自然科学基金和美国航空航天局外星体生物计划的共同资助。（来源：中国科学报 冯丽妃）. k. z0 W& t8 b# L! p6 p! t6 S  P * ^0 |9 ]# n6 m " [. ~& ^3 t' |# X) O8 {* N- c( \