李慧林人類如何適應不斷變化氣候？來自火山口的答案

　　一組研究人員意外的發現，在世界上最極端的環境中有一些古老的微生物，與現代人類具有許多相關的共同點：它們的呼吸和能源節約采用的是類似的分子機制呼吸，這種機制已經適應了數十億年來環境條件的變化。

　　美國文安德爾研究所，格魯吉亞大學等處的科學家們詳細介紹了參與微生物呼吸的分子復合物MBH的結構。這是MBH的第一個接近原子分辨率的結構圖像，從圖像上可以看出其結構與人類Complex I中的對應物非常相似。

　　這一研究成果公布在Cell雜志上，由文安德爾研究所的表觀遺傳學中心教授李慧林（Huilin Li）博士領導完成，李博士是國際知名的結構生物學家，在冷凍電鏡（cryo-EM）研究領域擁有超過20年的經驗。

　　幾乎地球上的所有生命都依賴于呼吸作用，這是生物體內最基礎的能量代謝活動之一，就人體而言，呼吸作用是由位于線粒體內膜上的四種呼吸鏈蛋白復合物分步完成的，這四種蛋白復合物分別為復合物I（NADH脫氫酶）、復合物II（琥珀酸脫氫酶）、復合物III（細胞色素c還原酶）和復合物IV（細胞色素c氧化酶）。以這些復合物為基礎，可以聚合形成多層次的呼吸鏈超級復合物乃至超超級復合物，獲得更高的穩定性和更高的能量轉換效率。

　　而MBH被認為是一種古老的呼吸系統，它是從Pyrococcus furiosus中分離出來的，Pyrococcus furiosus是一種在沸水中生存的微生物，已經在海底火山口存在數十億年了。這種惡劣的環境以其有毒的混合氣體和極端溫度著稱，與不穩定的行星上存在的大氣條件相似。

　　科學家們認為，MBH和Complex I是呼吸作用的重要組成部分，但是迄今為止，它們之間的進化聯系還不清楚。最新研究指出的MBH結構也說明了一種比Complex I更簡單的，將電能轉換成化學能的機制。

　　李慧林博士說，“MBH的結構填補了一些重要的缺失部分，揭示了生命如何適應整個千年的環境變化的。這解決了生物學中一個長期存在的根本問題。”

　　研究指出，雖然這兩種復合物的許多方面都是相似的，但Complex I具有更多的幾個環結構，使它能夠與比MBH進行更多的分子相互作用，這種適應可能隨著地球大氣的變化而出現。

　　文章的第一作者Hongjun Yu博士說：“這兩個相互關聯的系統通過重新組合其共享元件，來適應它們不同的生活條件，真是令人驚訝。這就像大自然正在玩自己的積木。”

　　這種差異性也反映在它們的代謝中——人類吸入氧氣并呼出二氧化碳，這是由Complex I轉化，而P. furiosus使用MBH排出氫氣，這也許表明這種微生物也許可以作為清潔能源的工具。

　　這項研究采用的是文安德爾研究所高性能Titan Krios冷凍電子顯微鏡，這種顯微鏡能夠成像人類頭發寬度的1/10,000的分子。