血的顔色來自于血液中負責運送氧氣的蛋白質，脊椎動物和少部分相距甚遠的動物具有血紅蛋白，血紅蛋白是從哪裡進化而來的？

圖片來源：Song et al./BMC Evolutionary Biology

“鴿血紅”寶石，“牛血紅”珊瑚，“血色黃昏”。。。提到血色，一般我們都會默認為某種紅色。盡管許多動物都具有血管系統，但不是所有血液都是紅色的，而紅色的血液也不是人類或脊椎動物所特有的。紅色血液的顔色來自血紅蛋白。血紅蛋白是一種複雜的蛋白質，由屬于多基因家族的球蛋白亞基以各種多聚體形式組合形成，在循環系統中專門負責運輸氧氣。以血紅蛋白作為血液色素僅存在于部分動物群體——脊椎動物，和某些線蟲比如蚯蚓、某些軟體動物例如池塘蝸牛、某些甲殼類動物如水蚤。血紅蛋白在如此多樣、相距甚遠的物種中出現，它在進化過程中是從何而來？是獨立發生後的進化，還是各自分别獨立發生的？還有到目前為止，尚不清楚來自不同的“兩側對稱”物種的血紅蛋白家族是否有共同的起源。

來自 Jacques Monod研究所（CNRS /巴黎大學），CNRS/Sorbonne 大學，聖彼得堡大學（俄羅斯）和裡約熱内盧大學的研究人員（巴西）對帶有紅色血液的小型海洋輪蟲Platynereis dumerilii進行了研究。結果表明，所有的血紅蛋白實際上都來自一個祖先基因，而并非各自“獨立起源”。結果發表在于2020年12月29日的BMC進化生物學。

海洋輪蟲Platynereis dumerilii被認為是一種基因進化非常緩慢的動物，其遺傳特征與大多數動物的海洋祖先Urbilateria相似。通過将Platynereis dumerilii與其他帶有紅血球的物種進行比較來研究，有助于追溯血紅蛋白的起源。

研究集中于血紅蛋白所屬的廣泛家族：球蛋白——這是幾乎存在于所有生物中用于“儲存”氧氣和一氧化氮等氣體的蛋白質。但是球蛋白通常在細胞内部起作用，因為它們其實并不像血紅蛋白那樣在血液中循環。

Platynereis dumerilii有一個封閉的“血管系統”，充滿了細胞外血紅蛋白。Platynereis dumerilii的基因組和轉錄組顯示19個球蛋白家族，其中9個被認為是細胞外的。細胞外球蛋白是由專門的細胞産生的，這些細胞位于蠕蟲的節肢的血管内，很可能參與了先前表征的特定于環節動物的巨型血紅蛋白的組裝。在較小的幼蟲中不存在細胞外球蛋白mRNA，而這mRNA僅在快速生長并較活躍的個體中出現、積聚，在成蟲中達到高峰，其過程與對氧氣的需求一緻。

研究人員使用來自完整基因組的數據對球蛋白進行了多細胞動物範圍的系統發育分析。他們确認在雙側對稱動物組的最後共同祖先中存在五種球蛋白基因（莖球蛋白）。所有五個祖先莖珠蛋白進化枝都保留在某些螺旋體（spiralians）中，而有些進化枝在進化中早已消失。所有已知的血液球蛋白家族都來自其中一個分支。

研究表明，在所有帶有紅血球的物種中，都是由同一基因——生成“細胞球蛋白”的基因獨立進化成為成為編碼血紅蛋白的基因的。這種進化出來的新分子使氧氣傳輸效率更高，使其生物體變得更大且更活躍。此後各種動物中的循環血紅蛋白趨同地進化，大概與動物的體型和活動有關。但是，所有血紅蛋白都來自進化枝球蛋白clade I，或稱為細胞球蛋白，參與細胞内氧氣的轉運和調節。環節動物Platynereis非常特别，具有龐大的胞外血球蛋白家族，同時保留了球蛋白的所有分支。

參考文獻

Globins in the marine annelid Platynereis dumerilii shed new light on hemoglobin evolution in bilaterians

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!