分析打敗細胞構造的起源理論

Analysis knocks down theory on origin of cell structure
http://www.physorg.com/news159635938.html

by David Chandler, April 22nd, 2009

(PhysOrg.com) -- 理解活細胞如何產生並演化成它們目前的形態仍是生物學中一個基礎的研究領域，這個領域近幾年由於引進了新工具以進行基因組分析進而獲得提升。現在，MIT 與 Boston 大學的研究者，利用這種工具，替一種關於「細胞中某種基本構造起源」的理論，釘上了他們所謂的「棺材中的最後一根釘（the last nail in the coffin，譯註：蓋棺論定）」。

在過程中，藉由闡明某種基本構造（仍存在於人體絕大部份的細胞中）在最初演化中關鍵的一步，或能幫助研究者理解這些組成（components）中的某一些如何運作。這些包括構成我們腦袋的神經元、決定繁殖力的精子以及細胞複製之基本元素的某些部份。

許多生物學家認為，在這類造就所有動、植物細胞 -- 稱為真核細胞（eukaryotic cells）-- 內部的三種基本構造，始於分離的、獨立的生物體。接著，在某一時刻，這些生物體與其他原始細胞合併，進而產生一種共生的（symbiotic）單元。不過新證據強烈否認其中一項構造的起源。

真核生物（Eukaryotes）是那些有個細胞核在其中的細胞：一個位於細胞中心，被膜包圍的核心（kernel），那包含了它的遺傳物質 DNA。這些細胞構成了地球上幾乎所有複雜的、多細胞的生物，而且它們與較小的、更原始的原核生物（prokaryotes，細菌與古菌 (archaea)）有所不同，那沒有這種內部構造，而且其 DNA 自由在它們的外膜內漂浮。

「真核細胞的細胞核源自於一個分離的生物體」這種構想，最初在幾十年前招致懷疑論的「招呼（greeted）」，現在則是一種主流觀點，儘管仍未獲得普遍認可。這種過程稱為內共生（endosymbiosis）。

同樣地，在這種細胞內的另一種構造 -- 稱為粒線體（mitochondria）的微小次單元，那產生細胞所有的能量 -- 現在一般被認為源自於分離的生物體。而在真核細胞內的第三類構造，稱為纖毛（cilia），這種尾巴般的構造讓它們能夠移動或感知它們的環境，也被許多生物學家視為另一個內共生例子。

但由 Hyman Hartman，MIT 生物醫學工程中心的訪問科學家，以及 Boston 大學的 Temple Smith 所完成的新分析（發表在四月號的 Cell Motility and the Cytoskeleton 期刊上）提供強烈證據指出，就纖毛的起源來說，這種構想並不正確。他們發現產生纖毛的基因具獨特特性，那並沒有出現在那些簡單細胞中，那將導致這種共生單元。那指出，纖毛的起源可能更早，在演化中的細胞內部，經由一種仍須理解的過程。

簡短的說，這些細胞構造絕對不是像其他細胞組成那樣，是透過合併或取得而產生，而是從內部發展。

描述這些發現的這篇論文被 Faculty of 1,000 指定為「必讀」，那是一種線上服務，其使用者從各種科學期刊中選出他們認為最重要的研究論文。Linda Amos，英國劍橋大學分子生物學實驗室醫學研究委員會的一位生物學家，表示她之所以選擇這篇論文，「是因為在真核生物從原核生物演化的過程中，它為一種關鍵步驟指出一種很可能的路線。」

Amos 表示，其他人已指出，"纖毛本身也許一度成為一種獨立的、自由游動的原核生物細胞，而某種前真核生物（pre-eukaryote），可能像粒線體那樣，以類似方法接管了它-- 透過吞沒它。" 但這項新研究 "使得那更像是：具有其複雜特化 dyneins（一種蛋白質）陣列的纖毛，在同樣細胞類型內逐漸發展，而那種細胞本身則變成真核生物的祖先。"

Hartman 表示，這種發展過程，也許與有絲分裂（mitosis）的演化相關，這種細胞分裂過程是所有動植物複製（reproduction）的基礎，而解開它的起源有助於理解這種基礎過程。（後略譯）

※ 相關報導：

＊ The evolution of the cilium and the eukaryotic cell
http://www3.interscience.wiley.com/journal/122221668/abstract

Hyman Hartman, Temple F. Smith
Cell Motility and the Cytoskeleton, Volume 66 Issue 4,
Pages 215 - 219
doi: 10.1002/cm.20344

...The cilium is only found in the eukaryotic cells. Here we show that eight gene duplications prior to the last common ancestor of all extant eukaryotes account for the expansion of the Heavy Chain Dynein family of motor proteins and the evolution of the complexity of the cilium. The ambiguities in the branching of the phylogenetic tree of the HC-Dyneins were resolved by creating well-defined subtrees and using them to create the full tree. Due to the intimate relationship between the nucleus, the division center, mitosis and the basal body/centriole, the evolution of the cilium can now be related to the evolution of mitosis. In addition, the analysis of the cilium rules out its endosymbiotic origin from a phagocytosis of a bacterium.

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