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2020-01-01惡魔蠕蟲如何適應極端環境？基因或許能解惑
601 期
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有些動物被發現能生存在地底深處、陽光照耀不到的極端環境，然而什麼樣的先天條件，讓牠們能生活在這樣的環境裡？近期，美國華盛頓大學（American University in Washington）分子生物學家布拉赫特（John Bracht）與他的研究團隊， 發現惡魔蠕蟲（Halicephalobus mephisto）體內有兩種基因，分別與熱休克（heat shock）及細胞存活有關，且隨著時間推移，多餘的基因副本 （copies of the gene）將有助蠕蟲應對極端的生活條件，甚至往地底更深的地方前進。
來自深淵地獄般的環境── 惡魔蠕蟲
帶著惡魔稱號，惡魔蠕蟲是否有著邪惡的雙眼及招牌叉狀尾巴呢？透過顯微鏡觀察，發現牠原來只不過是一隻0.5毫米左右的小生物。
布拉赫特是美國實驗室中唯一活體惡魔蠕蟲的擁有者，他在接受Science News訪問時表示，這些帶有浮誇名彙的生物其實也沒什麼威脅性，會有這麼可怕的名字，單純只是因為牠們所處的環境極度惡劣。2011年，惡魔蠕蟲首度被發現，並一躍成為現今已知生活在地底最深處的生物。當時在南非一處金礦中，濾掉1.3公里的含水層，才捕捉到一隻活體。在這樣的深度中，蠕蟲必須克服低氧、高甲烷濃度與37℃的高溫。幸好，那隻被抓到的蠕蟲當時下了八個蛋，也讓科學家能順利提取基因線索，以了解牠們如何適應極端環境。
強韌的生存基因
研究員在過程中發現，惡魔蠕蟲體內有多達112 個的基因副本能讓牠們製造Hsp70蛋白，將因熱壓力（heat stress）而散開、受損的蛋白重新摺疊。比起帶有35個Hsp70基因副本的近親來說， 這個數量簡直就是大躍進！此外，在熱壓力測試中，研究人員將惡魔蠕蟲置於38~40℃的環境， 發現體內會製造出更多的Hsp70蛋白。他們推論正是這些蛋白，幫助惡魔蠕蟲適應高溫環境。
對此丹麥奧胡斯大學（Aarhus University）的演化生物學家索倫森（Jesper Sørensen）表示，Hsp70 蛋白可能是預防或調整部位損壞的一個途徑。英國維康桑格研究所（Wellcome Sanger Institute） 基因體生物學家布拉斯特（Mark Blaxter）則認為， 關於Hsp70基因的擴增是否直接與蠕蟲的生活型態有關，未來仍須進行更多研究；畢竟，截至目前為止，尚無法證明此基因與蠕蟲在極端環境下的存活相關。
除此之外，研究人員也在惡魔蠕蟲身上找到63個 AIG1基因副本，這些基因是負責控制細胞的存亡；而在牠的祖先秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）身上，則只帶有一個與AIG1有點相似的基因。然而，在高溫測試中，卻沒有發現蛋白的製造會隨著溫度而有所變化，因此研究人員猜測，AIG1基因可能透過其他方式協助惡魔蠕蟲適應生存壓力。
非蠕蟲專屬基因，牡蠣身上居然也有
有人或許會問，除了惡魔蠕蟲外，難道沒有其他生物擁有這兩個基因？布拉赫特與他的研究夥伴，在近日於《分子演化期刊》（Journal of Molecular Evolution）中提到一個名為雙殼長牡蠣（Crassostrea gigas）的生物，也同樣擁有這 「惡魔般的體質」，因為牠必須面對漲退潮時大幅度的溫度變化。對此布拉赫特表示，在演化樹 （evolutionary tree）中相距甚遠的兩個物種， 竟擁有相同遺傳模式，這或許意味著，Hsp70及 AIG1基因可能是動物適應極端環境的策略之一。
延伸閱讀
1. Sofie Bates, Devil worm genes hold clues for how some animals survive extreme heat, Science News, 2019.
2. Deborah J. Weinstein et al., The genome of a subterrestrial nematode reveals adaptations to heat, Nature Communications, 2019.