『厌氧菌』首次发现“不需要氧气的动物”！挑战人类对进化论和生命的认识 |细胞|

出品：科普中国
制作：姜自如（名古屋大学博士生）
监制：中国科学院计算机网络信息中心
氧气是地球上绝大多数动植物（包括人）细胞进行呼吸作用所必需的物质，而那些细胞呼吸作用不依赖氧气的少数派，则称为厌氧生物。但是，目前发现的厌氧生物以厌氧细菌为主，几乎都是单细胞生物。 2010年，科研人员曾在地中海底部沉积的淤泥中发现"厌氧多细胞生物" ，当时就造成了不小的轰动。
最近，比"厌氧多细胞生物"更高级的厌氧生物出现了。
以色列特拉维夫大学动物学家Dayana Yahalomi的研究小组首次证实，一种经常出现在鲑鱼肌肉组织中的寄生虫——鲑居尾孢虫，具有完全不依赖于氧气、细胞内没有线粒体甚至完全没有线粒体DNA的奇特性质。该寄生虫是目前地球上已知的所有厌氧生物中结构最为复杂，最为高等的一种，说它是首个被发现的"厌氧动物"并无不妥之处。该成果于2020年2月24日在美国国家科学院院刊（PNAS）上发表。
那么，什么是细胞的呼吸作用？它与我们肺部进行的呼吸有哪些联系和区别？原核细胞和真核细胞的呼吸作用有什么区别？鲑居尾孢虫的神奇之处在哪里，它与目前已经发现的厌氧生物有哪些不同？研究厌氧生物的呼吸作用有哪些意义和价值？读完这篇文章，你自然会得到这些问题的答案。

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什么是细胞的呼吸作用？真核细胞和原核细胞的呼吸作用有什么区别？
我们平时所说的呼吸，是指通过胸腹部肌肉和骨骼的协同动作，肺部吸入氧气同时呼出二氧化碳的过程。这在本质上与机体细胞内部进行的呼吸作用是完全不同的，为了显示区别，在讨论细胞呼吸作用时，我们常将在肺部进行的气体交换过程称为呼吸运动。本文中所有关于呼吸的讨论（包括有氧呼吸，无氧呼吸等）均为细胞内的呼吸作用，不涉及呼吸运动。
呼吸作用，又称为细胞呼吸（Cellular respiration），是生物体细胞把有机物氧化分解并转化能量的化学过程，本质上是一种酶催化下的氧化反应。细胞内完成生命活动所需的能量，都来自呼吸作用。虽名为氧化反应，不论有否氧气参与，都可称作呼吸作用（这是因为在化学上，有电子转移的反应过程，皆可称为氧化）。有氧气参与时的呼吸作用，称之为有氧呼吸；没有氧气参与的反应，则称为无氧呼吸。也就是说，厌氧生物细胞获得能量的过程，不需要氧气的参与。

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组成地球生物的细胞们虽然千差万别，但除去病毒一类不存在完整细胞结构的物种，根据其细胞复杂程度的不同，仅分为原核细胞和真核细胞两种。原核细胞结构较为简单，由它们构成的生物称为原核生物，细菌就是典型的原核生物。绝大多数原核生物是单细胞生物，它们体积微小，细胞内部没有明确负责进行呼吸作用的细胞器，但仍然能够通过呼吸作用为自身提供能量。
真核细胞比原核细胞结构复杂很多，其中不仅有各种膜结构形成的内膜系统，还分化出了分工不同的多种细胞器，体积可达原核细胞的一万倍。几乎所有的多细胞生物，包括常见的动植物等都是由真核细胞构成的真核生物。真核细胞中，线粒体是与呼吸作用最有关联的细胞器，呼吸作用的几个关键性步骤都在其中进行。如果我们把真核细胞比作一台汽车，那么线粒体扮演的角色就是发动机，发动机驱动汽车的过程就是细胞进行呼吸作用，为自身提供能量的过程。而依据发动机种类的不同，需要添加的燃料（要不要加氧气）也有所不同，这就是所谓的有氧呼吸和无氧呼吸。