「地球上最早生物，是35億年前的藍綠藻」 這樣的說法 已經被證實是錯誤的！ 08-03-2017

 「地球上最早生物，是35億年前的藍綠藻」 這樣的說法 已經被證實是錯誤的！

 

一、   錯誤的源頭：

    地球上最早出現的生物是藍綠藻，這樣的觀念長久以來，一直存在於國中教科書上，以及國中大大小小的考試試題中，更正確的說，一直存在於國中課綱編輯委員的腦海裡！？

這種說法的緣起是1980年，加州州立大學洛杉磯分校(UCLA)的一位古生物學家Dr. J. William Schopf(夏夫教授)及他的團隊，在澳洲西部一個原住民稱為Warrawoona Formation的頂燧石(Apex Chert)岩層中，發現一些類似藍綠藻的微化石(Microfossils)。     包含這些藍綠藻微化石的岩層非常古老，推估有34.56億年的歲月。     於是國中的地球科學、生物學教科書，就以此為定稿「…最早的化石，發現於西澳，是35億年前的藍綠藻。」

  

圖01. 根據國中地球科學教科書第一冊所編成的PPt，明顯的看到「35億年前出現簡單的生命藍菌(藍綠藻)」。像這樣的字句屢見不鮮的出現在國中教科書。

圖片來源：http://camdemy7.pixnet.net/blog/post/313102364-%E5%9C%B0%E7%A7%91%E7%AC%AC%E4%B8%80%E5%86%8A-%E5%9C%B0%E8%B3%AA%E5%B9%B4%E4%BB%A3%28%E9%99%B3%E6%98%8E%E5%87%B1%E8%80%81%E5%B8%AB%29

 

二、    不同的論點：

    二十多年來牛津大學的古生物教授馬丁伯拉西爾(Martin Brasier)團隊，對頂燧石(Apex Chert)中的微化石，一直持不同的論點。他們發現夏夫教授在西澳發現微化石的地方，遠古時代存在海洋熱泉系統(Hydrothermal System)，於是認為很可能是熱泉系統的高熱高溫，使得碳原子形成長條形，成為好像藍綠藻微化石的形狀，這些其實不是「微」化石，而是「偽」化石。

    兩個優秀的古生物學團隊，一直相互發表論文爭議不休。直到…

 

圖02. 圖的上方為爭議超過二十年的頂燧石(The Apex Chert)中的微化石。圖的左下方拿著地質探勘鎚是夏夫教授(Schopf)；右下方白髮白鬚的是伯拉西爾教授(Brasier)。

圖片來源：http://bioteaching.com/the-origin-of-life-and-of-the-atmosphere/

 

三、    新的研究方法：

    直到伯拉西爾(Martin Brasier)團隊，研發成功能以奈米尺度(nanometer scale)分析這些微化石的方法，仔細分析這些來自頂燧石中的微化石之後，發現完全沒有圓形或橢圓形碳原子細胞壁的形狀，也就是說完全看不出像藍綠藻細胞的構造(圖03.)。

 

圖03. 伯拉西爾教授(Martin Brasier)團隊以現代光學分析技術及聚焦離子束穿透式電子顯微鏡(FIB-TEM)觀察頂燧石(The Apex Chert)微化石，g子圖黃綠色部分代表碳原子，完全沒有圓形或橢圓形藍綠藻細胞壁的形狀。

圖片來源：http://www.labonline.com.au/content/research-development/article/mythbusting-with-microfossils-245072498

   

圖03. 這篇發表於2015年4月21日美國國家科學院期刊(PNAS)的論文，也以同樣的方法，分析了另外兩種微化石：

(1)     一種是發現於西澳，34.30億年前，絲翠利池(Strelley Pool)層，石英砂岩(Sandstone)中的類似細胞構造。

(2)     另一種是發現於加拿大安大略省西部，18.8億年前的崗夫林特燧石(Gunflint Chert)中的微化石。

他們發現在這兩種微化石中，碳原子不但形成圓形或橢圓形細胞壁的形狀，厚度也符合細胞壁的尺度(圖04.)，這些特徵在夏夫教授頂燧石微化石中是完全不可見。

 

圖04. 18.8億年前的崗夫林特燧石(Gunflint Chert)中的微化石，碳原子不但形成圓形細胞壁的形狀，厚度也符合細胞壁的尺度(圖中綠色紅色部分)。

圖片來源：http://sciencythoughts.blogspot.tw/2015/04/seeking-earths-earliest-fossils.html

 

2015年4月21日伯拉西爾教授(Martin Brasier)團隊，在美國國家科學院期刊(the Proceedings of the National Academy of Sciences. PNAS)的論文發表之後，網路上出現若干篇相關的文章，試舉兩篇如下： 1.   3.46-billion-year-old 'fossils' were not created by life forms http://www.sciencemag.org/news/2015/04/346-billion-year-old-fossils-were-not-created-life-forms 34.6億年前的化石並非由生命形式構成。 此篇是美國著名期刊《科學》上的一篇短評。 2.    The World’s Oldest Fossils Aren't Actually Fossils https://motherboard.vice.com/en_us/article/mgb44q/the-controversy-over-the-worlds-oldest-fossils-has-finally-been-resolved 世界最古老的化石其實並非真的化石。

藍綠藻不是地球上最早的化石！

國外古生物學界都已經紛紛的覺醒，

而我們的課綱編輯委員們呢？

 

四、   最新的發現：

2017年3月1日，英國著名的綜和科學期刊《自然》報導一篇論文：Evidence for early life in Earth’s oldest hydrothermal vent precipitates.(早期生命的證據存在於地球上最古老熱泉沉積物)

在加拿大魁北克省的努夫亞吉圖克綠岩帶(Nuvvuagittuq belt)，研究團隊發現，37.70億年前細菌化石藏於花狀石英中，

 

圖05. 在加拿大魁北克省的努夫亞吉圖克綠岩帶(Nuvvuagittuq belt)，研究團隊發現，血紅色管狀，認為是生長於60℃深海熱泉(Hydrothermal vent)中的細菌。

圖片來源：http://i.dailymail.co.uk/i/pix/2017/03/01/21/3DDA6E1800000578-4268566-image-a-1_1488402388408.jpg

 

    顯微鏡影像顯示，化石呈血紅色管狀，寬約40微米(μm)，長約0.5毫米(mm)，推斷是生長於60℃深海熱泉中的細菌。

 

圖06. 2017年3月1日英國《Nature》期刊報導：顯微鏡影像顯示，化石呈血紅色管狀，寬約40微米(μm)，長約半毫米(mm)，推斷是37.70億年前或更早的化石，是生長於60℃深海熱泉(Hydrothermal vent)中的細菌。

圖片來源：https://www.democraticunderground.com/122850887

 

37.70億年比夏夫教授34.56億年的偽化石更早了3億年！     雖然在2017年《Nature》的論文中，他們寫的頗為保留，但是此篇論文一出現，地球上最早的化石是藍綠藻？這樣的說法顯然就更岌岌可危了！

 

 

附記一：2014年12月16日晚間十點多，牛津大學剛退休三個月的馬丁伯拉西爾(Martin Brasier)古生物學教授，正準備享受人生，卻因車禍意外身故，享年67歲。

 

附記二：民國2011年「國立編譯館」整編入中華民國教育部國家教育研究院編譯發展中心的教科書發展中心。但是換湯不換藥，還是那些委員在編譯！奈何！

 

附記三：作者追蹤《Science》、《Nature》上的文章這麼多年，2017年3月1日英國《Nature》期刊報導的論文，一篇論文上居然有13張圖的還真不常見！

(7) 蛋白質如何運送至溶酶體(lysosome) 07-29-2017

(7) 蛋白質如何運送至溶酶體(lysosome)

 

一、   溶酶體(lysosome)之特性

(1)     溶酶體是細胞內的廢物處理場(junk yard)；自殺袋(suicide bag)。

 

圖01. 圖綠色部分為瀕臨死亡之神經元(Neurons)，神經元內紅色圓球狀胞器就是溶酶體(Lysosomes)。

圖片來源：https://asknature.org/strategy/lysosomes-recycle-protein-building-blocks/#.WX2A1bpuLME

 

(2)     溶酶體內有六大類的酸性水解酶(acidic hydrolases)，酶(＝酵素)均為蛋白質組成，溶酶體內共約有50種的酵素。

1核酸酶(Nucleases：DNAase, RNAse)

2蛋白酶(Proteases：膠原蛋白酶(Collagenase), 組織蛋白酶

   (Cathepsins) etc.)

3脂酶(Lipases) & 磷脂酶(phospholipases)

4磷酸酶(Phosphatase)

5硫酸酶(sulphatases)

6糖苷酶(Glycosidases)：β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase),己糖胺酶A

  (hexoaminidase A),α-甘露糖苷酶(α-mannosidase)

(3)     溶酶體是單層膜雙層磷脂的胞器，磷脂層鑲嵌或附著大量醣蛋白。

   主要為兩大類：

    1highly glycosylated lysosomal associated membrane proteins(LAMP)

      高度糖化之溶酶體膜的相關蛋白質

    2highly glycosylated lysosomal integral membrane proteins(LIMP)

      高度糖化之溶酶體膜的整體蛋白質

(4)     本文探討溶酶體內六大類酵素以及LAMP, LIMP等等的蛋白質，在粗糙內質網(RER)結合態核醣體(bounded ribosomes)合成後，是如何經由平滑內質網(SER)，高基氏體進入到溶酶體？

(5)     溶酶體內六大類酵素均為酸性水解酶，因為溶酶體內pH值在4.8～5.0之間。

 

 

圖02. 溶酶體是以胞器膜上之氫離子幫浦(H⁺ pump)，耗能將H⁺主動打入溶酶體內，以維持pH值～5.0之酸性環境。

圖片來源：http://slideplayer.com/slide/3418662/

 

二、蛋白質如何由高基氏體運送至溶酶體內？

甘露糖-6-磷酸(Mannose-6-phosphate, M-6-P)及其接受器是大部分酸性水解酶由高基氏體運送至溶酶體內的方式： 1.  溶酶體(Lysosome)內的大部分酸性水解酶(hydrolase)，在粗糙內質網(RER)合成後，送至高基氏體的順式區(Cis Golgi Network, CGN)就與M-6-P結合。 2.  再送至反式高基氏體(Trans Golgi Network, TGN)，膜上有M-6-P接受器(M-6-P receptor)，相互結合後經由網格蛋白外套(clathrin coat)包覆。 3.  出芽(Budding)形成胞內體(Endosome)。 4.  胞內體併入溶酶體中，M-6-P接受器能送回反式高基氏體重複使用。

 

 

圖03. 送往溶酶體的蛋白質，是以甘露糖-6-磷酸(Mannose-6-P)為標記(Marker)，在反氏高基氏體(Trans Golgi Network, TGN)，與甘露糖-6-磷酸接受器(Mannose-6-P receptor)結合形成胞內體(endosome)，然後進入溶酶體中。

圖片來源：http://www.slideserve.com/cree/the-pathways-of-protein-targeting

 

 

圖04. 大多數酸性水解酶(Acid Hydrolases)由高基氏體運送至溶酶體內的通則。

圖片來源：http://slideplayer.com/slide/5102108/

 

圖05. 反式高基氏體(Trans Golgi Network, TGN)，膜上有M-6-P接受器(M-6-P receptor,綠色)，M-6-P與M-6-P接受器相互結合後，經由網格蛋白(clathrin,紅色)包覆，形成網格蛋白外套囊泡(clathrin–coated vesicle)。請看圖06.

圖片來源：

http://oregonstate.edu/instruction/bi314/summer09/golgi.html

 

 

圖06. 於反式高基氏體(trans Golgi network, TGN)，甘露糖-6-磷酸(Mannose-6-Phosphate)與甘露糖-6-磷酸接受器(Mannose-6-Phosphate receptor)結合，經由網格蛋白(clathrin)包覆，出芽(Budding)後，形成網格蛋白外套囊泡(clathrin–coated vesicle)。

圖片來源：

http://oregonstate.edu/instruction/bi314/summer09/golgi.html

 

三、 溶酶體之功能：

(1) 細胞內吞作用(Endocytosis)進入細胞之小分子，或細胞胞噬作用

    (Phagocytosis)進入細胞之大分子，最後都經由溶酶體中的酵素分解。

(2) 細胞內用舊的胞器(e.g.粒線體)，經內質網(ER)包覆後，形成次級溶酶體

    (Secondary Lysosome)，將胞器分解有用的分子重複使用，此過程稱為自噬

    作用(Autophagocytosis)。

(3) 參與程式性細胞死亡(Apoptosis＝Programmed Cell Death)。

(4) 精子頭部之穿孔體(Acrosome)是特化之溶酶體。

 

圖07. 溶酶體參與之細胞內消化作用(Intracelluar Digestion)。

圖片來源：

http://namrataheda.blogspot.tw/2013/01/lysosomes-suicidal-bags.html

 

 

圖08. 精子頭部之穿孔體是特化的溶酶體(Lysosome)。

圖片來源：https://www.slideshare.net/neurorule/62-3742270

 

四、溶酶體儲存疾病(Lysosomal Storage Disease)

溶酶體儲存疾病是因為

(1) 溶酶體內的分解酵素基因突變

(2) 由高基氏體將這些分解酵素運送至溶酶體的蛋白質基因突變

    e.g.磷酸轉移酶(Phosphotransferase)基因突變→無法在高基氏體形成甘 

    露糖六磷酸(M-6-P)→許多的水解酶無法運送至溶酶體→許多巨分子無法分

    解只好儲存於溶酶體，尤其是纖維母細胞(Fibroblast)形成包涵體

    (Inclusion Bodies)→引起I-Cell disease。

 

    ※甘露糖六磷酸(M-6-P)是高基氏體分辨分配至溶酶體(Lysosome)蛋白質之

    標記(Marker)※

 

圖09. I-Cell disease是因為磷酸轉移酶(Phosphotransferase)基因突變→無法在高基氏體形成甘露糖六磷酸(M-6-P)→許多的水解酶因為缺乏運送至溶酶體的標記，而分泌到血漿中→溶酶體缺乏水解酶→無法分解巨分子而儲存之，引起的疾病。

圖片來源：https://www.slideshare.net/nileshchandra2/glycoproteins-34320656