如何解释人类吸血虱子选择出了18个小线粒体DNA

  看Nature有个好处,可以知道没有发表在Nature上的研究热点,这个月初,有篇文章被Nature提到。
说的是人类的吸血虱子Pediculus humanus进化出了独特的线粒体DNA。通常的真核生物有一个环状的线粒体DNA,但是人类的吸血虱子却选择出了18个小线粒体DNA,相对应的通常其他生物的线粒体DNA所表达的蛋白质由这18个小线粒体DNA所表达。而且该研究发现,只有吸血虱子才具有这种小线粒体DNA,而其他非吸血虱子都是拥有一个线粒体DNA。
 
  线粒体DNA具有很独特的性质:
    只随母亲遗传,不随父亲遗传;
    线粒体DNA的氨基酸编码和染色体的DNA的氨基酸编码不同;
    线粒体DNA有自己的tRNA, mRNA;
    线粒体DNA对原核生物转录酶抑制剂敏感
 
  这些特性表明线粒体DNA为了减少变异所做的适应。而且现在广泛接受的一个理论是线粒体是原核生物吞食了原核生物而形成的共生关系。寄生在动物细胞内的细菌Rickettsia prowazekii是斑疹伤寒症typhus的病原菌。在所有细菌中,该细菌的DNA和真核生物的线粒体DNA最接近。也间接提供了一个证据来说明线粒体的内共生学说。线粒体DNA编码的蛋白质的subunit(亚基)都是具有核心功能的,比如cytochrome c oxidase的subunit I, II, III and cytochrome b subunit,这些subunits都是核心亚基,而其他非核心亚基由染色体DNA编码。研究线粒体呼吸酶的功能主要就是研究这些核心亚基的功能。相反非核心亚基可以随物种生活的环境发生较大的变异。例如cytochrome c1 subunit亚基随物种生活的环境变化很大(详细说明见本人博士毕业论文)。更进一步说明线粒体所采取的遗传方式是为了最大限度的减少变异。而其他需要变异的蛋白质亚基则由染色体DNA编码,通过基因重组来增加变异的机会,有利于选择出新的物种。
 
  鉴于此,人类学中的线粒体夏娃理论我是持怀疑态度的,我认为线粒体DNA的变异非常困难,认为线粒体DNA具有高度变异率而提出的人类于10万年走出非洲的理论使得人类进化太快了,这对于线粒体DNA为了最大限度减少变异是矛盾的。在这个前提下,我倾向于世界各地的古人类同时进化的理论。也就是北京人是中国人的祖先。而且不同的古人类的线粒体DNA也应该非常接近。
 
  由一个大的线粒体DNA变成18个小线粒体DNA倒底有什么好处呢?
  我们来分析:
  当原核生物吞食原核生物的时候(内共生理论),有用的、不需要变异的蛋白质亚基在被吞食原核生物(线粒体DNA)得到保留。
  那么当一个真核生物细胞部分泡在另一种真核生物的血液中(人类吸血虱子),会如何呢?
  貌似无论是被原核生物吞噬的细菌还是泡在人血中的虱子细胞都遵循一个原则:被吞噬的细菌DNA或泡在人血中的虱子线粒体DNA都被切成更小的环。一个比较明显的好处是各个小线粒体DNA可以同时复制。但是似乎坏处更多,要保证这18个小线粒体DNA均等地复制和进入子细胞,这18个小线粒体DNA要通过某种方式成为一个整体。
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