多细胞生物

我们认为，地球上最早的生命出现在大约40亿年前;至少在接下来的30亿年里，它几乎没有改变，仍然是简单的单细胞微生物。然后，发生了一些事情，促使这些单细胞生物开始联合起来，变成了多细胞生物。但那是什么呢?一种理论是可用氧气的数量。太少就不能满足这些更复杂的生命形式的需要，从而阻碍了它们的出现。那么，我们怎样才能知道事实是否如此呢?在南丹麦大学，丹尼尔·米尔斯(Daniel Mills)提出了一个有趣的方法:他一直在研究一些最原始的生命物种，这些物种是最早从我们共同拥有的最后一个共同祖先中分离出来的。他向克里斯·史密斯指出，如果这些早期祖先像我们一样对氧气敏感，那么这就是一个很好的证据，证明确实是缺氧阻碍了复杂生命的进化……

丹尼尔:我们主要是想弄清楚最早形式的动物生命与这些早期动物生活环境的含氧量之间的历史关系。我们认为最早的动物出现在大约8亿年前。

Chris -还有它们进化的环境;当时的情况如何?

丹尼尔:嗯，这是这项研究的主要动机之一。有一段时间，人们认为这些最早的动物比它们的单细胞祖先需要更多的氧气。当然，你必须知道这些动物相对于单细胞祖先到底需要多少氧气?我们不知道，现在这实际上是我们做这个实验的主要动机之一。

克里斯:很明显，你必须面对的一个挑战是，你不像那些研究恐龙遗骸的古生物学家，他们有一些实物可以看，你试图建立一幅大约数亿年前的东西的图片;除了遗传基因，他们什么都没留下。所以这就是你所采取的方向吗，你正在研究他们的基因在今天的环境中存在或不存在的方式，试图找出他们一定是什么样子的，至少从基因上讲?

丹尼尔:完全正确。所以我们对动物如何应对环境中氧气供应的变化特别感兴趣。先前的研究已经确定了这种途径，称为缺氧诱导因子途径，而缺氧诱导因子是仅对氧气作出反应的蛋白质。从本质上讲，这条途径启动了动物用来应对低氧的基因变化;例如，红细胞或新血管的减少，甚至是在没有氧气的情况下产生能量的方法。在我们的研究之前，所有被调查的动物都发现了这种处理低氧的特殊机制，但这些先前的研究忽略了两个重要的动物群体——栉水母和海洋海绵。这些动物被认为是最早从我们共同的动物祖先中分离出来的动物谱系，所以它们处于动物树的最底部。没有人研究过海绵和栉水母是否有这种氧气反应途径。所以如果海绵和栉水母有这条通道，那么这就表明所有这些动物的最后一个共同祖先也有这条通道。所有现代动物都从共同的祖先那里继承了这种机制。 But if sponges and ctenophores don't have it then it suggests that this was not actually present in the earliest animals that evolved later on.

克里斯-换句话说，如果这些动物，这些非常原始的动物，确实有这种对氧敏感的途径，那就说明是氧气阻碍了一切?如果它们没有这些，那么它认为也许是别的东西，而不仅仅是氧气，减慢了地球上多细胞动物出现的速度?

丹尼尔:如果海绵和栉水母有这种途径，那至少表明，这条途径可能是我们所知的现代动物生命进化的必要前提。在他们发现这个之前，我们所知道的动物不可能进化出这种氧气反应途径。但是，另一种观点是正确的，如果其他的动物谱系没有这种能力，而且它没有出现在所有动物生命的最后一个共同祖先身上，那么它就不是我们所知道的动物生命的必要先决条件。

所以这个价值6.4万美元的问题，或者一个更有价值的问题:它们到底有没有这个功能?

丹尼尔:海绵和栉水母可以不有这个函数。所以我们只有从栉水母那里得到的基因数据表明它们没有这个通路，但是现在我们有了海绵的基因证据表明它们没有这个通路;我们有实验证据基本上证实了这一点。

克里斯-你是怎么证明的?你怎么知道它们可能没有相同的基因，例如，当我们看到低氧环境时，你和我就会打开，你怎么知道它们没有相同的其他基因，产生相同的最终结果，但实际上有一点不同?

丹尼尔:所以我们把海绵放在实验室的一个装置里，让它们不断地暴露在缺氧的水中。我们注意到它们并没有改变它们的基因表达。但如果他们有这种途径，你就会期望他们打开和关闭的基因种类发生变化，但我们根本没有看到这种反应。我们在低氧条件下观察的海绵和在高氧条件下观察的海绵没有本质上的区别。