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首次发现不需要氧气的动物挑战人类对 [复制链接]

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出品:科普中国

制作:姜自如(名古屋大学博士生)

监制:中国科学院计算机网络信息中心

氧气是地球上绝大多数动植物(包括人)细胞进行呼吸作用所必需的物质,而那些细胞呼吸作用不依赖氧气的少数派,则称为厌氧生物。但是,目前发现的厌氧生物以厌氧细菌为主,几乎都是单细胞生物。年,科研人员曾在地中海底部沉积的淤泥中发现厌氧多细胞生物,当时就造成了不小的轰动。

最近,比厌氧多细胞生物更高级的厌氧生物出现了。

以色列特拉维夫大学动物学家DayanaYahalomi的研究小组首次证实,一种经常出现在鲑鱼肌肉组织中的寄生虫——鲑居尾孢虫,具有完全不依赖于氧气、细胞内没有线粒体甚至完全没有线粒体DNA的奇特性质。该寄生虫是目前地球上已知的所有厌氧生物中结构最为复杂,最为高等的一种,说它是首个被发现的厌氧动物并无不妥之处。该成果于年2月24日在美国国家科学院院刊(PNAS)上发表。

那么,什么是细胞的呼吸作用?它与我们肺部进行的呼吸有哪些联系和区别?原核细胞和真核细胞的呼吸作用有什么区别?鲑居尾孢虫的神奇之处在哪里,它与目前已经发现的厌氧生物有哪些不同?研究厌氧生物的呼吸作用有哪些意义和价值?读完这篇文章,你自然会得到这些问题的答案。

什么是细胞的呼吸作用?真核细胞和原核细胞的呼吸作用有什么区别?

我们平时所说的呼吸,是指通过胸腹部肌肉和骨骼的协同动作,肺部吸入氧气同时呼出二氧化碳的过程。这在本质上与机体细胞内部进行的呼吸作用是完全不同的,为了显示区别,在讨论细胞呼吸作用时,我们常将在肺部进行的气体交换过程称为呼吸运动。本文中所有关于呼吸的讨论(包括有氧呼吸,无氧呼吸等)均为细胞内的呼吸作用,不涉及呼吸运动。

呼吸作用,又称为细胞呼吸(Cellularrespiration),是生物体细胞把有机物氧化分解并转化能量的化学过程,本质上是一种酶催化下的氧化反应。细胞内完成生命活动所需的能量,都来自呼吸作用。虽名为氧化反应,不论有否氧气参与,都可称作呼吸作用(这是因为在化学上,有电子转移的反应过程,皆可称为氧化)。有氧气参与时的呼吸作用,称之为有氧呼吸;没有氧气参与的反应,则称为无氧呼吸。也就是说,厌氧生物细胞获得能量的过程,不需要氧气的参与。

组成地球生物的细胞们虽然千差万别,但除去病*一类不存在完整细胞结构的物种,根据其细胞复杂程度的不同,仅分为原核细胞和真核细胞两种。原核细胞结构较为简单,由它们构成的生物称为原核生物,细菌就是典型的原核生物。绝大多数原核生物是单细胞生物,它们体积微小,细胞内部没有明确负责进行呼吸作用的细胞器,但仍然能够通过呼吸作用为自身提供能量。

真核细胞比原核细胞结构复杂很多,其中不仅有各种膜结构形成的内膜系统,还分化出了分工不同的多种细胞器,体积可达原核细胞的一万倍。几乎所有的多细胞生物,包括常见的动植物等都是由真核细胞构成的真核生物。真核细胞中,线粒体是与呼吸作用最有关联的细胞器,呼吸作用的几个关键性步骤都在其中进行。如果我们把真核细胞比作一台汽车,那么线粒体扮演的角色就是发动机,发动机驱动汽车的过程就是细胞进行呼吸作用,为自身提供能量的过程。而依据发动机种类的不同,需要添加的燃料(要不要加氧气)也有所不同,这就是所谓的有氧呼吸和无氧呼吸。

多细胞厌氧动物——意料之外的大发现

鲑居尾孢虫是一种常见的海洋寄生虫,在大西洋鲑、粉红鲑、鳟鱼等鱼种中均有发现。早在19世纪末,人类就观察到了这种寄生虫。它虽然属于真核生物,但身体构成极为简单,只有区区不到十个细胞。当鲑鱼被其感染时,通常在肌肉表面可以看到乳白色斑点。人们发现,尽管受到该寄生虫影响的鱼肉外观看起来不怎么样,但是食用后对身体也并没有什么害处,因此一直没有给予特别的

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