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研微探初

羅海偉挑戰進化論

生命科學學院羅海偉教授正了解微型海洋細菌原綠球藻為何出現大規模滅絕

地球上含量最多的微生物是一種微型海洋植物,小小細菌,其基因演變史卻顛覆了舉世科學家的進化觀。

我們把達爾文的進化論視為真理,但羅海偉教授卻找到反證。

羅教授對微型海洋細菌原綠球藻(Prochlorococcus)的研究,不但增進我們對遠古時地球氣候的認識,而且在了解該細菌進化的過程時,還有驚人發現。

原綠球藻是地球上含量最多的微生物。地球上海洋和陸地兩成葉綠素都是由原綠球藻合成,而所有植物都用葉綠素進行光合作用,產生氧氣,因此原綠球藻對調節氣候有莫大作用。

原綠球藻把二氧化碳轉化為有機碳,也是食物鏈中最基礎部分,讓整條食物鏈得以連接。羅教授說:「原綠球藻是一種極有趣而重要的微生物,自古已經存在,要用數百萬年來進化。」

原綠球藻(<em>Prochlorococcus</em>)

原綠球藻擁有地球上最簡單的DNA之一,蘊含學術研究價值。羅教授正嘗試繪出這株微型植物的基因樹圖譜。

人類的DNA基因組有三十億個序列,即使在腸道隨意找一株細菌,其基因組也有五百萬個序列。原綠球藻的DNA基因組相對簡單,但也有一百六十萬個序列。

當然,如此細小的DNA必定是精密演變而成。羅教授說:「這些細菌身處汪洋大海。海水是稀釋的生態環境,營養匱乏,細菌體形小、DNA簡單短小,便不用消耗很多資源,這正是原綠球藻的求存之道。」

七億年前,原綠球藻的始祖在海洋漂浮,當時其體形較大。事實上,地球上首種產生氧氣的微生物,可追溯至二十七億年前,都與原綠球藻有所關連。地球的歷史也只是四十五億年。

大家可能認為,物競天擇,這種細菌會捨棄虛弱的成員,好讓健全的繁殖。根據達爾文的進化論,這樣可以繁衍出愈來愈優秀的細菌,更能適應周遭環境;過程理應保留有利的DNA,逐步淘汰有害的基因突變。

羅教授也在研究產生二甲基硫醚的玫瑰桿菌。二甲基硫醚能引發冷卻效應,有助緩和氣候暖化

然而,原綠球藻沒有如此演變。其基因組同時保留了有利和有害的基因突變,這有違達爾文的進化論。

羅教授確認,遠古時期曾發生重大事故,導致原綠球藻大規模滅絕。少數細菌倖存,並非自然選擇的結果,不過巧合而已。結果,原綠球藻的DNA便隨機累積,發生「遺傳漂變」的情況,一切只是偶然,並非精密演變。

該研究去年刊於Nature Microbiology。在生命科學學院任職的羅教授,正了解原綠球藻在何時、何地和為何出現大規模滅絕。

羅教授解釋:「這些細菌意外地積累了大量有害的基因突變。這些有害突變發生的時間和DNA分子大量丟失的時間吻合,而這些基因突變遺傳至今。」

羅教授也在研究產生二甲基硫醚(dimethylsulfide)的玫瑰桿菌(Roseobacter)。簡稱DMS的二甲基硫醚能引發冷卻效應,有助緩和氣候暖化。知道玫瑰桿菌如何進化,有助科學家明白哪些情況可以促使玫瑰桿菌產生更多DMS,或甚麼養分會抑制玫瑰桿菌群生長。

玫瑰桿菌(<em>Roseobacter </em>)

羅教授是分子進化生物學家,在美國南卡羅來納大學取得博士學位,成為微生物生態學家。大部分微生物生態學家都曾修讀生態學,羅教授另闢蹊徑,以進化遺傳學家的角度研究生物學。

昔日在校園教授達爾文的進化論,曾一度掀起爭議,今天進化論已成為金科玉律。然而,羅教授的發現是意料之外,為世界演變史寫下另一章。

倘中英文版本出現歧義,概以英文版本為準。

本文出自中大主網頁(2018年6月)

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