香港中文大学(中大)生命科学学院许浩霖教授领导的研究团队最近破解两种亚洲水域常见水母的基因组,包括可食用的赤月水母(海蜇)。团队更首次发现,一直被科学家认为只有昆虫等节肢动物才有的生长激素,亦存在于水母体内。这些发现有助解开水母进化过程、生态及大量繁殖的迷团。研究结果已刊载于国际顶尖科学期刊《自然通讯》(Nature Communications)。

水母遍布各大海洋,从浅水区到深海都有它们的踪影,亦是海洋食物链的重要组成部分;对于人类来说,水母在亚洲地区是餐桌上的佳肴。不过,近年因气候变化、海洋优养化等问题导致水母频繁地大量繁殖,为人类以至海洋生态带来危机。除了每年有成千上万游泳人士被水母的毒触须刺伤外,水母群会阻塞发电站的冷却系统及损毁捕鱼设备。

水母有着不同特征和形态。有些水母会发光;有些水母可以「重生」;有些水母可以进行无性及有性繁殖;有些水母年幼时处于水螅期,成长过程才慢慢长出伞状体。它们如何在成长过程中转换形态,科学家一直所知不多。

为了了解它们隐藏的生物学特征,许教授及其团队对两种在亚洲以至香港水域常见的水母进行基因组测序,它们分别是天草水母(Sanderia malayensis)和俗称海蜇的赤月水母(Rhopilema esculentum),赤月水母是中国和部分东南亚国家的美味佳肴。

团队利用测序技术成功重组两种水母的基因组,透过基因比对,在基因组架构、发育到进化层面都有意想不到的发现。其中一项重大发现是首次在水母找到能够制造「倍半萜类激素」的基因。「倍半萜类激素」是昆虫幼虫调控变态的重要化学物质,例如蚕虫会在结蛹后分泌蜕壳激素及鞣化激素,调节其蜕壳行为及翅表皮的生长。由于水母也会经历类似的变态过程,由水螅形态转化为伞状形态,因此这发现将有助科学家暸解水母的发育机制,以及生命周期内繁殖方式的变化。

赤月水母(俗称海蜇)是亚洲地区的佳肴美食。
天草水母是印度太平洋海域的原生品种。

另一个关键发现是,水母这类刺细胞动物与包括人类在内的两侧对称动物,同样拥有明显的同源异型框基因组织。同源异型基因决定生物的身体构造,两侧对称动物通常有三个胚层,即皮肤和神经系统(外胚层)、肠(内胚层),以及肌肉(中胚层),而刺细胞动物(如水母)则只有两个胚层。团队在是次研究的两种水母,发现了同源异型框基因组织,只是当中的排序不同。这意味刺细胞动物和两侧对称动物的共同祖先已有这些基因,只是于过去的6亿年经历不同的演化过程。

许教授表示:「水母是海中最迷人的生物,它不但有奇特的外观,其多变的特性和生态变化亦十分值得研究。我们将进一步研究它的进化和发育机理,了解新发现的激素在刺胞动物变态及繁殖中担当什么功能,并就水母大量繁殖及气候变化所带来的威胁,探讨新的应对方法。」

关于许浩霖教授

许浩霖教授现为中大生命科学学院、农业生物技术国家重点实验室(香港中文大学的伙伴实验室),以及李福善海洋科学研究中心副教授。他主要研究进化生物学、基因组学、基因调控和动物学。

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