科學家或找到地球上複雜生命的起源:一個微生物家族種群
2020-12-08 網易科技
出品 | 王真 網易科學人欄目組
挪威研究人員表示，他們已經確定了一個微生物家族，地球上所有複雜生命都是其進化而來的。他們按照挪威神話中的神靈，將這些微生物命名為Loki、Thor、Odin和Heimdall等，它們均屬於一個名為「阿斯加德（Asgard）」的微生物家族。
現在一項新的研究表明，這些微生物可能開啟了地球上複雜生命的演化進程。
圖註：不管是植物還是動物，甚至包括真菌等等，生活在地球上的每一種複雜生物體都是由真核細胞構成的。這些細胞具有遺傳物質，在細胞膜內與線粒體或葉綠體等其它細胞器結合在一起。圖示為動物細胞
瑞典烏普薩拉大學一個科學家團隊在《自然》雜誌上發表了一篇研究論文，稱他們回答了一個有關生命的最重要問題之一——地球上複雜的生命是如何開始進化的。
在我們的地球上，有三種類型的生命：細菌、古生菌和真核生物。（細菌和古生菌屬於原核生物，它們沒有完整的細胞核；真核生物是由真核細胞構成的生物，包括原生生物界、真菌界、植物界和動物界。）
細菌和古細菌起源於大約37億年前即地球第一次形成時，但15億年後真核生物才開始出現。
作者在這篇論文中寫道：「在我們地球生命的演化進程中，真核細胞的起源被認為是非常重要一環。」
「然而，真核細胞為什麼會變得越來越複雜並出現分化，成為現代生物學的主要難題之一。」
目前，不管是植物還是動物，甚至包括真菌等等，生活在地球上的每一種複雜生物體都是由真核細胞構成的。
這些細胞具有遺傳物質，在細胞膜內與線粒體或葉綠體等其它細胞器結合在一起。
科學家認為，當細菌等原核細胞與古細菌融合時，真核細胞首次出現在地球上。
圖註：挪威研究人員表示，他們已經確定了一個微生物家族，地球上所有複雜生命都是其進化而來的。他們按照挪威神話中的神靈，將這些微生物命名為Loki、Thor、Odin和Heimdall等，它們均屬於一個名為「阿斯加德（Asgard）」的微生物家族
多年來有證據表明，參與這一過程的細菌屬於α-變形菌（Alphaproteobacteria），但具體涉及那種古生菌仍然是一個謎。
作者在這篇論文中寫道：「雖然人們一致認為線粒體來自與宿主共生的α-變形菌，但是宿主細胞——古細菌的特性和性質一直到最近才明確。」
根據這一最新研究，來自阿斯加德微生物家族的一種古生菌吞噬了這種α-變形菌，然後成為一種體積更大、更為複雜的真核生物。
2015年，在格陵蘭和挪威之間的海洋底部，研究人員首次發現屬於阿斯加德微生物家族、一種名為Loki（或Lokiarchaeota）的古生菌的近親屬。
去年，在美國北卡羅來納州，美國德克薩斯大學奧斯汀分校的一個科研團隊找到了Loki古生菌的近親屬Thor（或Thorarchaeota）的DNA痕跡。
這篇研究論文稱，在世界不同地方，包括美國黃石國家公園、日本附近的深海排氣口和紐西蘭的一處溫泉，研究人員找到了更多有關Thor存在的證據。
該研究論文的共同作者之一Thijs Ettema稱：「通過使用新方法，我們從無法在實驗室裡培養的微生物得到基因組數據，確定了一個新的古生菌家族，與進化出真核細胞的宿主細胞相關。這是非常激動人心的時刻。」
另一位共同作者、同樣來自烏普薩拉大學的Jimmy Saw博士稱：「我們的發現是基於對直接從環境中獲得的遺傳物質的分析。實際上我們從未見過這些細胞。」
該研究論文的另一位共同作者Eva Fernandez-Caceres表示：「我們依照挪威神話中的不同神靈，將這些新發現的古生菌命名為Thor、Odin和Heimdall，以及Loki，它們共同構成了阿斯加德古生菌家族。」
「有趣的是，像Loki，這些古生菌在世界各地的各種環境中均能發現，而不僅僅是在深海中。到目前為止，它們在沉積物中最為豐富。」
該研究提供了強有力的證據，表明真核生物是從與這些阿斯加德古生菌相關的一個古生菌譜系進化而來的。
另一位共同作者Kasia Zaremba-Niedzwiedzka指出：「在地球的生命進化之樹中，阿斯加德古生菌與真核生物關係密切，表明它們擁有一個共同的祖先。」
「這項研究的某些部分是相當複雜的，顯然擁有更多數據將讓我們受益。這不是故事的結束，而是故事的開始！
當對阿斯加德古生菌的基因組進行更詳細的分析時，發現了更大的驚喜。
這篇研究論文的共同作者之一Anja Spang稱：「我們發現，阿斯加德古生菌與真核生物共享有許多獨特的基因，包括參與細胞結構形成的幾個基因，正是這種細胞結構讓真核細胞具有複雜特性。」
這樣的基因迄今為止僅在真核生物中發現，表明這些古生菌正準備變得複雜化。
Anja Spang表示：「然而，究竟怎麼會發生的這種情況，我們還不清楚。」
Thijs Ettema總結道：「如果我們可以分離或培養阿斯加德古生菌，並在顯微鏡下研究它們，將有重大意義。我相信這將揭示更多有關複雜細胞如何進化的重要線索。最終我們將發現我們人類的微生物祖先。」
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