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有意思的猜想:腫瘤有可能演化成新物種嗎?

文章來源:www.kmkusn.tw

作者:老鐵SEO

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2019-10-10

粘孢子蟲的一個生命階段生活在魚類體內,另一個階段則生活在水生蠕蟲中。有研究者提出,這種寄生蟲可能有一個奇怪的起源:以一種傳染性腫瘤的形式演化成獨立的物種  粘孢子蟲的一個生命階段生活在魚類體內,另一個階段則生活在水生蠕蟲中。有研究者提出,這種寄生蟲可能有一個奇怪的起源:以一種傳染性腫瘤的形式演化成獨立的物種

  新浪科技訊 北京時間10月10日消息,據國外媒體道, 理論上,傳染性腫瘤可以演化成獨立的物種,盡管研究人員一致認為這種可能性很小,不過,一些奇特的寄生蟲可能就是活生生的證據。

  一些富有攻擊性的腫瘤可以非常迅速地傳播,以至于它們看起來不太像出了問題的組織,而更像是入侵的寄生蟲,它們希望吞噬宿主,然后擺脫宿主。如果最近在《生物學直通報告》(Biology Direct)上發表的一項理論是正確的,那么在極少數情況下,可能確實會發生這樣的事情:腫瘤學會了在宿主之間漫游,并可能逐漸演化成獨立的多細胞物種。研究人員目前正在仔細研究一類名為粘孢子蟲(myxosporean)的特殊海洋寄生蟲,以確定它們是否可能是第一個這樣的例子。

  即使在無數微小的寄生生物中,粘孢子蟲也是相當神秘的。近兩個世紀前,科學家首次發現這類寄生蟲,如今已被確認的物種超過2000個,它們具有復雜的生命周期,研究起來特別困難。直到20世紀80年代,科學家才意識到,在魚類中發現的某些寄生蟲與在蠕蟲中發現的寄生蟲是同樣的物種,而不是完全不同的寄生生物。大多數寄生蟲只滿足于生活在動物宿主的組織中,而粘孢子蟲卻常常定居于宿主的細胞中。

  直到不久前,粘孢子蟲還被認為是原生生物——真核生物的一支,既不是植物,也不是動物或真菌。1995年,當時在弗吉尼亞海洋科學研究所的馬克·西達爾(Mark Siddall)和同事認為,粘孢子蟲是刺胞動物門的怪異成員,刺胞動物包括水母和珊瑚,后來的基因研究支持了這一觀點。

  然而,在生命演化樹上的位置并不能解釋為什么粘孢子蟲具有如此奇怪的特征。一些粘孢子蟲擁有已知最小的動物基因組,例如,Kudoa iwatai的基因組估計只有2250萬個堿基,比其他任何刺胞動物的基因組都要小得多。它的基因組還不到鱘卵螅(Polypodium hydroforme)的二十分之一,鱘卵螅也是一種刺胞動物門的寄生蟲,與粘孢子蟲關系很近。

  而且,粘孢子蟲的基因組并不只是顯著減少這么簡單,它們還特別缺乏某些被認為是多細胞生命所必需的基因。目前還不清楚,一個復雜的多細胞生物是如何,或者為什么會丟棄這些看似必要的基因,以及大量的DNA。

  俄羅斯科學院高級研究員提出了一個有趣但有爭議的假設,來解釋這一現象。今年早些時候,他們提出粘孢子蟲最初并不是獨立的動物,而是作為腫瘤從它們的刺胞動物親戚中分離出來的。

  腫瘤衍生動物

袋獾會受到傳染性面部腫瘤病的感染袋獾會受到傳染性面部腫瘤病的感染

  “腫瘤衍生動物”這一概念聽起來很遙遠,以至于在論文中,研究者把它們稱為“Scandal”(“speciated by cancer development animals”的縮寫,意為從腫瘤演化出來的動物)。

  起初,“Scandal”只是一個思想實驗。當研究員們在撰寫有關傳染性腫瘤的內容時,對某些結構簡單但很不尋常的寄生動物身上出現復雜組織的基因感到驚訝,通過進一步的交談引出了“奇妙”想法,即這種簡單的寄生蟲可能是起源于腫瘤,他們收集了所有的數據,提出了這個假設。

  根據“三步曲”設想,腫瘤衍生動物一開始是某種腫瘤,但不是任意一種腫瘤,它必須具有傳染性,這樣就不會在宿主死亡時隨之死亡;接著,腫瘤細胞擴散到其他物種,然后獨立進化出多細胞生物。這些步驟似乎構成了不可逾越的障礙,但我們有理由相信,每一個步驟都有可能發生。

  第一步,傳染性腫瘤的出現。這是最簡單的一步,因為我們知道確實有這樣的腫瘤,盡管極其罕見。袋獾面部腫瘤病(Devil facial tumour disease,簡稱DFTD)就是一種臭名昭著的傳染性腫瘤,能對袋獾(又被稱為塔斯馬尼亞惡魔)造成嚴重的傷害。袋獾通過啃咬的方式將這種疾病傳染給其他袋獾。犬傳染性性病瘤(canine transmissible venereal tumor,簡稱CTVT)是另一種傳染性腫瘤,據最近的一項分析,這種癌癥已經演化了8500年之久,在2014年的一份報告中,犬傳染性性病瘤被描述為“自然界中最古老、傳播最廣的癌癥”。

  傳染性腫瘤并不局限于哺乳動物,有時也在軟體動物中出現。沒有理由認為在刺胞動物中不可能出現傳染性腫瘤,一般來說,刺胞動物對腫瘤沒有免疫力,如果粘孢子蟲是一種“Scandal”,那它們很可能起源于其他寄生性刺胞動物(比如它們的表親鱘卵螅)的腫瘤。

  盡管看起來腫瘤向其他物種擴散的可能性不大,但“這并非前所未聞”,曾有一些病例,比如一名攜帶艾滋病毒的男子被發現感染了來自絳蟲的腫瘤細胞。這樣的蠕蟲腫瘤在免疫系統受損的人群中時常出現,已知的病例可能只代表了被追蹤到的極少數情況,如果這種物種間傳播就發生在我們眼前,“也許我們還應該考慮,在適當的條件下,腫瘤或類似腫瘤的東西有時可能會寄生在其他物種身上。”研究人員已經看到了太多像犬傳染性性病瘤和袋獾面部腫瘤病這樣的傳染性腫瘤的例子,“這是一種寄生蟲,一種寄生生物。”

  也許腫瘤衍生動物假說中最不可能的一步是寄生腫瘤從一個單細胞,演化成一個具有不同宿主和階段的多細胞有機體。粘孢子蟲是相當簡單的動物,但卻是真正的多細胞動物,因此,如果它們起源于一種傳染性腫瘤,那這種腫瘤就必須演化出不同的細胞類型。

  在真核生物中,多細胞生物的出現被認為至少經過了25次演化。真核生物域包括復雜的單細胞生物以及植物、動物和真菌等。然而,就動物而言,多細胞生物的崛起被認為只在最基礎的演化階段出現過一次。一些多細胞真核生物后來又回到了單細胞生物的狀態,但迄今為止,還沒有發現任何動物出現這一過程(除非像一些科學家所認為的,腫瘤本身就是多細胞退化的產物)。到目前為止,似乎還沒有任何一個動物演化支系如“Scandal”假說所描述的,從多細胞退化成單細胞,再重新演化為多細胞。

  但是,這并不意味著這種情況不可能發生,傳染性的腫瘤細胞群很有可能演化出類似生命周期的東西,這一演化過程并沒有什么特別之處,如果只是演化樹上的一個分支,而不是來自另一個有機體(的一部分),那么只能演化一個生命周期。

  尋找更多的證據

太平洋藍貽貝是另一種受到傳染性腫瘤影響的動物太平洋藍貽貝是另一種受到傳染性腫瘤影響的動物

  為了給“Scandal”理論尋找更多的實質性證據,研究員將多種簡單物種的基因組(大部分是寄生生物)與5種粘孢子蟲、3種單細胞生物和29種動物的基因組進行了比較。當細胞癌變時,經常會丟失某些基因。通過檢查這些基因的缺失情況,研究人員希望找到腫瘤過去的蛛絲馬跡,這些基因包括參與細胞凋亡的基因。細胞凋亡是一種調節細胞程序性死亡的機制,可以清除體內的異常細胞,任何從傳染性腫瘤演化而來的生物都可能缺乏這種基因。

  在有可能成為證實“Scandal”假說的候選者中,科學家發現,只有粘孢子蟲失去了關鍵的腫瘤抑制基因。因此,他們進行了更深入的研究,發現粘孢子蟲丟失了太多與細胞凋亡相關的基因,以至于它們可能根本無法觸發凋亡途徑。這種缺陷顯而易見,即使是觀察非常簡單的寄生蟲時,我們也沒有看到腫瘤相關基因的缺失達到這種程度。

  巴西圣保羅聯邦大學的寄生蟲學家、粘孢子蟲研究者朱莉安娜·納爾多尼并不認同粘孢子蟲是腫瘤衍生動物的觀點。她說:“實際上,它們比最初想象的要復雜得多,并且演化出了與宿主互動的復雜(和具體的)機制。”一些物種也有復雜的特征,例如細胞組織成類似肌肉的結構用于運動。她并不認為這種復雜性是由腫瘤引起的。

  劍橋大學默奇森傳染性腫瘤研究小組的博士生、生物信息學家阿德里安·貝茲-奧爾特加同意納爾多尼的觀點。他認為這些論文引人思考,但還不是非常令人信服。舉例來說,他認為細胞凋亡基因的缺失并沒有多么關鍵的影響。他解釋稱,在基因組存在大量缺失的背景下,認為細胞凋亡相關基因的缺失指向腫瘤起源的觀點,就顯得十分刻意。

  不過,貝茲-奧爾特加最懷疑的是,一種傳染性腫瘤能否存在足夠長的時間,以演化出多細胞生物。腫瘤細胞的基因組非常不穩定。這雖然使它們能夠快速變異并避開宿主的防御,但在演化的時間尺度上,“這是一個非常有害的策略。隨著時間的推移,腫瘤基因組的很大一部分會失去功能,或者功能異常,這不僅可能阻礙生存,還可能阻礙復雜特征的發展,如多細胞性。”在他看來,“即使一種傳染性腫瘤能夠存活數百萬年,它也更有可能是一種單細胞寄生生物。”

  盡管如此,貝茲-奧爾特加還是認為“Scandal”假說值得進一步研究,因為“演化幾乎無所不能”。與其關注缺失的特定基因,他更希望研究人員在篩選候選物種時,尋找腫瘤中發生的各種基因組變化,從點突變到大規模染色體重組。他說:“如果腫瘤能成為一個長期延續的物種,所有這些修改都將保留在它的基因組中。”

  即使最終數據表明粘孢子蟲不是由腫瘤演化而來,“Scandal”假說也仍有可能被證實,也許一些動物學家在研究其他一些奇特的動物時,會發現以往對粘孢子蟲的看法是錯誤的,這種動物是一種腫瘤。(任天)

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