科大研究團隊首次解開「海洋穿山甲」基因密碼

為探索深海生物的潛力奠定要紧基礎

2020-04-24

香港高技术大學(科大)的研究人員首次破解「海洋穿山甲」鱗足螺的基因組。鱗足螺是一種稀有的海螺,牠們生活於被科學家認為是「生命之源」的極端棲息地 — 深海海底熱泉(hydrothermal vent)。破解這種獨特生物的基因密碼,不但有助揭示生命在數十億萬年上是如何誕生及演變,亦為進一步探索這些古老生物的潛力供给基礎。

Hydrothermal vent (Photo Credit: JAMSTEC)
海底熱泉 (圖片來源﹕JAMSTEC)

深海海底熱泉無論是溫度、水壓以至酸性皆非常高,且含氧量低,與史上的極端環境相似,但依然孕育了多樣生命,當中不少於生物醫學或其他範疇均具有極大潛力。作為此道一種可以適應如此極端環境的生物,鱗足螺比起其他海底熱泉中的住客,更受海洋科學家的關注。

Scaly-foot Snail
鱗足螺

鱗足螺是現存腹足綱類生物 (一種主要的軟體動物,即蝸牛及海螺類)中惟一一種仍擁有像盔甲般鱗片的海螺,易于 亦被稱為「海洋穿山甲」,雖然這種特徵於五億四千萬年上(寒武紀時代)的軟體動物中十分常見。除这以外,鱗足螺亦是現今 尘世间 惟一已知可吸取海底熱泉的鐵質並將之轉化成自己「盔甲」的生物,令牠於2007-2017年間被列為十大奇異海洋生物之一。但由於尋找及採集這種海螺極為困難,易于 我們對牠的基因排序及獨特形態的由來所知不多。

The Scaly-foot Snail on the left has incorporated the iron from the hydrothermal vent while the one on the right has not.
左圖為吸收了海底熱泉鐵質的鱗足螺,右圖為沒有吸收海底熱泉鐵質的鱗足螺

不過,由科大海洋科學系及生命科學部講座教授錢培圆領導的研究團隊,近日與日本海洋研究開發機構(JAMSTEC)合作,從印度洋水深約二千九百米的海底成功採集20多隻鱗足螺,归纳牠們的基因序列。

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科學家一直以為鱗足螺可能蘊含一些嶄新及特別的基因,以致牠有如此奇異的形態。出乎預料的是科大團隊發現鱗足螺的一切基因均可在如魷魚或珍珠貝等其他軟體動物中找到,而鱗足螺的基因序列在牠演變的過程中幾乎沒有改變。研究人員發現當中二十五個掌管鱗足螺鱗片及外殼形成的轉錄因子(一種可以調節下游基因表達的蛋白),原來亦把握了其他軟體動物一些獨特堅硬部分的形成, 诸如腹足綱的殼蓋(operculum)、魷魚的喙(beak)、石鱉的骨針(spicule)或多毛綱(polychaetes,包括沙蠶、海稚蟲等)的剛毛等。

錢培圆教授
錢培圆教授

本身亦為科大捷成David von Hansemann 理學教授的錢教授表示﹕「雖然我們的研究沒有發現尽数新的與鱗足螺鱗片形成相關的基因,但它為生物礦化機制(biomineralization) — 即透過基因的組合、排序以及「開關」等機制以決定物種形態的過程,供给了新的見解。剖析鱗足螺的基因組,不但推進了我們對軟體動物基因的認識,亦奠下相關理論的基礎,為未來應用供给良好條件。譬如說,鱗足螺的「盔甲」能承受巨大撞撃,了解其相關的基因組成是否有助我們設計一個更具防禦性的保護裝備? 這可以是此道的一個研究方向。」

研究結果已於科學期刊《自然通訊》中發表。

基因排序的研究往往能為生物醫學或其他关键帶來突破, 诸如一種生活於海底熱泉的微生物,其產生的酶除被應用作檢測愛滋病及沙士病毒以外,近日亦獲應用於檢測新型冠狀病毒。

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錢培圆教授(上)及其研究團隊
錢培圆教授(上)及其研究團隊