新發現的驚奇微生物解釋真核細胞複雜性的起源

本週，瑞典烏普薩拉大學的一個國際研究小組在《Nature》雜誌上發表的一項新研究中，提出了一組新發現的微生物，為“複雜的細胞生命是如何出現的”提供了新的視角。這項研究對於“數十億年前，構成植物、真菌以及動物和人類的複雜細胞型別，是如何從更簡單的微生物祖先逐漸演化的”提供了新的細節。

我們星球上的生命可以分為三大類。其中兩組是微小的微生物——細菌和古細菌。第三組生物包括所有可見的生命，如人類、動物和真菌——統稱為真核生物。而細菌和古細菌的細胞一般都是小而簡單，真核細胞則是大型和複雜的細胞型別。這些複雜的細胞型別的起源一直是科學界的一個謎，但現在由烏普薩拉大學研究人員帶領的一個國際小組，已經確定了一組微生物群，對於“從簡單到複雜細胞的進化過渡”提供了獨特的見解。

根據著名生物學家Carl Woese的開創性工作，人們已經知道，在某些時候真核生物與古細菌有一個共同的祖先。很明顯，共生——涉及兩種型別細胞之間的親密合作的`一個過程，在這個過程中發揮了重要作用。大多數科學家都認為，一種共生關係——其中是古細菌宿主細胞與一種細菌，最終形成了真核生物。然而，這種共生關係是複雜細胞進化的原因？還是結果？仍然是一個懸而未決的問題。

在《Nature》發表的這項研究中，來自瑞典烏普薩拉大學的研究人員，以及來自美國、日本、丹麥和紐西蘭的合作者，發現了一組新的古菌——Asgard archaea，揭示了“真核細胞如何演變出它們的複雜性”的重要細節。

該小組帶頭人、烏普薩拉大學細胞和分子生物學系的Thijs Ettema指出：“複雜細胞型別的演變，是一個漫長而複雜的過程，但我們卻對其知之甚少。通過使用新的方法，從無法在實驗室裡培養的微生物得到基因組資料，我們確定了一組新的古細菌，與演化出真核細胞的宿主細胞相關。這是非常激動人心的時刻。”

20xx年，Thijs Ettema和他的同事們發表了一項突破性的研究，這項研究根據基因組資料描述了“Loki”，一種生活在海底的古菌，代表著複雜細胞生命最近緣的微生物。在目前的研究中，研究人員證實了這些以前的研究結果，並介紹了幾個新的Loki相關的古菌。

Thijs Ettema說：“這些生物是跟我們關係最近的微生物，我們對它們一無所知。目前的方法讓我們窺見了遺傳學的一角。這真的很令人興奮！”。

論文的共同作者、烏普薩拉大學細胞與分子生物學系的Jimmy Saw說：“我們的發現是基於對從環境中直接獲得的遺傳物質的分析。我們實際上從未見過這些細胞。我們將這些新的古菌命名為Thor、Odin和Heimdall，與Loki一起，它們形成了Asgard archaea。有趣的是，這些新的群體是在全世界各種環境中發現的，不僅僅是在深海里。到目前為止，它們在沉積物中最為豐富。”

該研究提供了有力的證據表明，真核生物是從與這些Asgard archaea近緣的一個譜系進化而來的。

另一個共同第一作者Kasia Zaremba Niedzwiedzka說：“在生命之樹上，Asgard archaea與真核生物形成一個良好支援的分組。這表明，它們有一個共同的祖先。這部分研究相當複雜，我們顯然會從更多的資料獲益。這不是故事的結尾，而恰恰相反是故事的開始！”

但是，當以更詳細的細節分析Asgard基因組時，研究人員發現了最大的驚奇。

烏普薩拉大學細胞和分子生物學系的研究人員Anja Spang說：“我們發現，Asgard archaea與真核生物共享許多基因，包括參與真核細胞結構形成、賦予真核生物細胞複雜特性的幾個基因。因此，這種基因，迄今只發現在真核生物中，表明這些古菌不知何故準備變得複雜化。然而，這到底是如何發生的，目前還不是很明確。”

更詳細地對Asgard archaea進行研究，是Thijs Ettema和他的研究小組的一個優先目標。目前的研究表明，這些細菌能夠生存在更多的環境中，而不是像以前認為的在海底。這使得這個目標更容易實現。

Thijs Ettema總結道：“如果我們可以分離或培養Thijs Ettema細胞，並在顯微鏡下研究它們，這將是極好的。我相信，這將揭示關於複雜細胞進化的更多重要線索。最終我們會發現微生物的祖先。”