研究闡明鱷魚血紅蛋白之謎
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尼羅河鱷魚吞下一只黑斑羚，研究這是闡明它在水面下等待的獎(jiǎng)勵(lì)。通過復(fù)活古代鱷魚祖先的鱷魚合肥包河外圍（洋馬）外圍vx《192+1819+1410》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)血紅蛋白，Husker領(lǐng)導(dǎo)的血紅一個(gè)團(tuán)隊(duì)幫助解釋了為什么其他脊椎動(dòng)物未能進(jìn)化出允許鱷魚在沒有空氣的情況下飛行數(shù)小時(shí)的適應(yīng)性。（Shutterstock / Current Biology / Scott Schrage |大學(xué)傳播與營銷）
一棵進(jìn)化樹，蛋白以所有鱷魚和鳥類的研究最后一個(gè)共同祖先（AncArchosaur）為特色，分別從中分支出現(xiàn)代鳥類（AncNeornithes）和鱷魚（AncCroc）的闡明最后共同祖先。（當(dāng)代生物學(xué)（2022 年）。鱷魚DOI： 10.1016/j.cub.2022.11.049）
（神秘的血紅地球uux.cn）據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)（作者：Scott Schrage，內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校）：它可以以每小時(shí)50多英里的蛋白速度前進(jìn)，一次跳躍30多英尺。研究但是闡明，這種白金牌的鱷魚運(yùn)動(dòng)能力在撒哈拉以南的河邊被擱置一旁，這是血紅小黑斑羚在100度高溫下安靜地喝水的生死之源。
在過去的蛋白合肥包河外圍（洋馬）外圍vx《192+1819+1410》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)一個(gè)小時(shí)里，一條尼羅河鱷魚在同一條泥濘的河流中默默地洗禮。當(dāng)看不見的頂級(jí)捕食者從水中鞭打以抓住斑羚時(shí)，它臭名昭著的牙齒會(huì)咬住后軀，下顎緊緊咬著 5，000 磅的力量。然而，殺戮的是水本身，深呼吸的爬行動(dòng)物拖著獵物到深淵淹死。
鱷魚伏擊的成功在于納米級(jí)水肺罐 - 血紅蛋白 - 通過其血液，以緩慢但穩(wěn)定的速度將氧氣從肺部卸載到組織，使其能夠在沒有空氣的情況下運(yùn)行數(shù)小時(shí)。這種專門的血紅蛋白的超效率使一些生物學(xué)家想知道，為什么在世界上所有的有頜脊椎動(dòng)物中，鱷魚是唯一一個(gè)找到這種最佳解決方案來充分利用呼吸的群體。
通過統(tǒng)計(jì)重建和實(shí)驗(yàn)復(fù)活主龍的血紅蛋白，2.4億年前所有鱷魚和鳥類的祖先，內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校的Jay Storz及其同事收集了新的見解。鱷魚血紅蛋白的獨(dú)特特性并不像早期的研究表明的那樣只需要幾個(gè)關(guān)鍵突變，而是源于21個(gè)相互關(guān)聯(lián)的突變，這些突變散落在紅細(xì)胞的復(fù)雜成分中。
研究人員說，這種復(fù)雜性，以及任何一個(gè)突變都可以在血紅蛋白中誘發(fā)的多重連鎖反應(yīng)，可能已經(jīng)形成了一條如此迷宮般的進(jìn)化道路，以至于大自然即使在數(shù)千萬年的時(shí)間里也未能追溯它。
“如果這是一個(gè)如此簡單的技巧 - 如果它很容易做到，只需做出一些改變 - 每個(gè)人都會(huì)這樣做，”該研究的資深作者，內(nèi)布拉斯加州生物科學(xué)教授Willa Cather教授Storz說。
所有血紅蛋白在游動(dòng)血液并最終將氧氣釋放到依賴它的組織之前與肺部的氧氣結(jié)合。在大多數(shù)脊椎動(dòng)物中，血紅蛋白捕獲和保持氧氣的親和力主要由稱為有機(jī)磷酸鹽的分子決定，這些分子通過將自身附著在血紅蛋白上，可以誘導(dǎo)它釋放其寶貴的貨物。
但在鱷魚（鱷魚、短吻鱷及其親屬）中，有機(jī)磷酸鹽的作用被一種分子——碳酸氫鹽所取代，碳酸氫鹽是由二氧化碳分解產(chǎn)生的。由于勤勞的組織會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳，它們也會(huì)間接產(chǎn)生大量的碳酸氫鹽，這反過來又鼓勵(lì)血紅蛋白將其氧氣分配到最需要它的組織。
“這是一個(gè)超級(jí)高效的系統(tǒng)，提供了一種緩慢釋放機(jī)制，允許鱷魚有效地利用它們的船上氧氣儲(chǔ)存，”Storz說。“這是他們能夠在水下呆這么久的部分原因。
作為Storz實(shí)驗(yàn)室的博士后研究人員，Chandrasekhar Natarajan，Tony Signore 和 Naim Bautista 已經(jīng)幫助破譯了鱷魚血紅蛋白的工作原理。與來自丹麥，加拿大，美國和日本的同事一起，Storz的團(tuán)隊(duì)決定開始一項(xiàng)多學(xué)科研究，研究氧氣運(yùn)輸奇跡是如何形成的。
先前了解其進(jìn)化的努力涉及將已知的突變整合到人類血紅蛋白中，并尋找任何功能變化，而這些功能變化通常很少。他自己實(shí)驗(yàn)室的最新發(fā)現(xiàn)使Storz相信這種方法是有缺陷的。畢竟，人類血紅蛋白與現(xiàn)代鱷魚進(jìn)化而來的古代爬行動(dòng)物的血紅蛋白之間存在很多差異。
“重要的是了解突變對(duì)它們實(shí)際進(jìn)化的遺傳背景的影響，這意味著在祖先和后代蛋白質(zhì)之間進(jìn)行垂直比較，而不是當(dāng)代物種蛋白質(zhì)之間的橫向比較，”Storz說。“通過使用這種方法，你可以弄清楚實(shí)際發(fā)生了什么。
因此，在生化原理和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的幫助下，該團(tuán)隊(duì)著手從三個(gè)來源重建血紅蛋白藍(lán)圖：2.4 億年前的主龍祖先;所有鳥類的最后共同祖先;以及8000萬年前當(dāng)代鱷魚的共同祖先。在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)所有三種復(fù)活的血紅蛋白進(jìn)行檢測后，研究小組證實(shí)，只有直接鱷魚祖先的血紅蛋白缺乏磷酸鹽結(jié)合，并具有碳酸氫鹽敏感性。
比較主龍和鱷魚祖先的血紅蛋白藍(lán)圖也有助于確定氨基酸的變化 - 基本上是血紅蛋白骨架的關(guān)節(jié) - 這可能已被證明是重要的。為了測試這些突變，Storz和他的同事開始將某些鱷魚特異性突變引入祖先主龍血紅蛋白中。通過確定使主龍血紅蛋白表現(xiàn)得更像現(xiàn)代鱷魚的突變，該團(tuán)隊(duì)將負(fù)責(zé)這些獨(dú)特的鱷魚特異性特性的變化拼湊在一起。
與傳統(tǒng)觀點(diǎn)相反，Storz和他的同事發(fā)現(xiàn)，血紅蛋白對(duì)碳酸氫鹽和磷酸鹽的反應(yīng)性的進(jìn)化變化是由不同的突變組驅(qū)動(dòng)的，因此一種機(jī)制的增益不依賴于另一種機(jī)制的損失。他們的比較還表明，盡管一些突變足以減去磷酸鹽結(jié)合位點(diǎn)，但需要多個(gè)其他突變來消除磷酸鹽敏感性。以大致相同的方式，兩個(gè)突變似乎直接推動(dòng)了碳酸氫鹽敏感性的出現(xiàn) - 但只有在血紅蛋白的偏遠(yuǎn)區(qū)域與其他容易錯(cuò)過的突變相結(jié)合或之前。
Storz說，這些發(fā)現(xiàn)說明了這樣一個(gè)事實(shí)，即突變的組合可能會(huì)產(chǎn)生超越其個(gè)體影響總和的功能變化。對(duì)自身不產(chǎn)生功能影響的突變可能會(huì)以多種方式為其他突變開辟一條道路，并產(chǎn)生明確、直接的后果。他說，同樣，如果沒有適當(dāng)?shù)奈枧_(tái)設(shè)置前輩，這些后來的突變可能影響不大。所有這些因素都可以被它們展開的環(huán)境所增壓或阻礙。
“當(dāng)你有這些復(fù)雜的相互作用時(shí)，這表明某些進(jìn)化解決方案只能從某些祖先的起點(diǎn)獲得，”Storz說。“有了祖先主龍的血紅蛋白，你就有了遺傳背景，可以進(jìn)化出我們?cè)诂F(xiàn)代鱷魚血紅蛋白中看到的獨(dú)特特性。相比之下，以哺乳動(dòng)物的祖先為起點(diǎn)，可能有某種方式可以進(jìn)化出相同的特性，但它必須通過完全不同的分子機(jī)制，因?yàn)槟阍谝粋€(gè)完全不同的結(jié)構(gòu)環(huán)境中工作。
Storz說，無論好壞，這項(xiàng)研究還有助于解釋設(shè)計(jì)一種可以模仿和接近鱷魚性能的人類血紅蛋白的困難。
“我們不能只是說，'好吧，這主要是由于這五種突變。如果我們采用人類血紅蛋白并引入這些突變，瞧，我們將擁有一個(gè)具有相同確切特性的突變，我們也將能夠在水下停留兩個(gè)小時(shí)，'“Storz說。“事實(shí)證明，事實(shí)并非如此。
“生命之樹中有很多無法從這里到達(dá)那里的問題。