科大研究TEAM首次解开「海洋穿山甲」基因密码

为探索深海生物的潜力奠定要紧底子

24-04-2020

3833金沙官网(科大)的研究人员首次破解「海洋穿山甲」鳞足螺的基因组。鳞足螺是一种稀有的海螺,牠们生活于被科学家认为是「生命之源」的极端栖息地 — 深海海底热泉(hydrothermal vent)。破解这种奇特生物的基因密码,不但有助揭示生命在数十亿万年上是如何诞生及演变,亦为进一步探索这些古老生物的潜力供给底子。

Hydrothermal vent (Photo Credit: JAMSTEC)
海底热泉 (圖片來源﹕JAMSTEC)

深海海底热泉无论是温度、水压以至酸性皆非常高,且含氧量低,与史上的极端环境相似,但依然孕育了多样生命,当中不少于生物医学或其他范畴均具有极大潜力。作为此道一种可以适应如此极端环境的生物,鳞足螺比起其他海底热泉中的住客,更受海洋科学家的关注。

Scaly-foot Snail
鳞足螺

鳞足螺是现存腹足纲类生物 (一种主要的软体动物,即蜗牛及海螺类)中惟一一种仍拥有像盔甲般鳞片的海螺,易于 亦被称为「海洋穿山甲」,虽然这种特征于五亿四千万年上(寒武纪时代)的软体动物中十分常见。除这以外,鳞足螺亦是现今 尘世间 惟一已知可吸取海底热泉的铁质并将之转化成自己「盔甲」的生物,令牠于2007-2017年间被列为十大奇异海洋生物之一。但由于寻找及采集这种海螺极为困难,易于 吾们对牠的基因排序及奇特形态的由来所知不多。

The Scaly-foot Snail on the left has incorporated the iron from the hydrothermal vent while the one on the right has not.
左图为吸收了海底热泉铁质的鳞足螺,右图为没有吸收海底热泉铁质的鳞足螺

不过,由科大海洋科学系及生命科学部讲座教授钱培圆领导的研究TEAM,近日与日本海洋研究开发机构(JAMSTEC)合作,从印度洋水深约二千九百米的海底成功采集20多只鳞足螺,归纳牠们的基因序列。

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科学家一直以为鳞足螺可能蕴含一些创新及特其余基因,以致牠有如此奇异的形态。出乎预料的是科大TEAM发现鳞足螺的一切基因均可在如鱿鱼或珍珠贝等其他软体动物中找到,而鳞足螺的基因序列在牠演变的过程中险些没有改动。研究人员发现当中二十五个掌管鳞足螺鳞片及外壳形成的转录因子(一种可以调节下游基因表达的蛋白),原来亦把握了其他软体动物一些奇特坚硬部分的形成, 诸如腹足纲的壳盖(operculum)、鱿鱼的喙(beak)、石鳖的骨针(spicule)或多毛纲(polychaetes,包括沙蚕、海稚虫等)的刚毛等。

Prof. Qian Peiyuan
钱培圆教授

本身亦为科大捷成David von Hansemann 理学教授的钱教授表示﹕「虽然吾们的研究没有发现尽数新的与鳞足螺鳞片形成相关的基因,但它为生物矿化机制(biomineralization) — 即透过基因的组合、排序以及「开关」等机制以决定物种形态的过程,供给了新的见解。剖析鳞足螺的基因组,不但推进了吾们对软体动物基因的认识,亦奠下相关理论的底子,为明朝应用供给良好条件。譬如说,鳞足螺的「盔甲」能承受巨大撞撃,了解其相关的基因组成是否有助吾们策划一个更具防御性的保护装备? 这可以是此道的一个研究方向。」

研究结果已于科学期刊《自然通讯》中发表。

基因排序的研究往往能为生物医学或其他关键带来突破, 诸如一种生活于海底热泉的微生物,其产生的酶除被应用作检测艾滋病及沙士病毒以外,近日亦获应用于检测新型冠状病毒。

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 钱培圆教授(上)及其研究TEAM
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