在深海泥浆中,一个奇怪的团块保存着复杂生命起源的秘密

在太平洋泥泞深处发现的微生物看起来不像有触角的团块(blob)。但是,根据新的研究,这个不起眼的小生物体可能隐藏着第一批多细胞生命形式如何进化的秘密。

在深海泥浆中,一个奇怪的团块保存着复杂生命起源的秘密

图注:如本文所示,真核细胞大约在20亿年前从单细胞生物进化而来。

早在复杂生物存在之前,世界就拥有简单的单细胞生物、古生物和细菌。在20亿到18亿年前,这些微生物开始进化,导致出现了更复杂的生命形式,称为真核生物,一个包括人类、动物、植物和真菌的群体。但是,这种令人难以置信的旅程,生命从游泳的斑点过渡到步行(在某些情况下,思考和感觉)动物仍然缺乏理解。

科学家先前曾假设,一组名为阿斯加德的古生物(Asgard archaea)的微生物是真核生物备受追捧的祖先,因为它们含有与复杂真核生物相似的基因。为了分析这些微生物的长型以及这种转变是如何发生的,日本一组研究人员花了十年时间从日本沿海的Omine海岭底部收集和分析泥浆。

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日本沿海的Omine海岭

研究小组将泥浆样品及其微生物保存在实验室的一个特殊的生物反应器中,模拟了在深海中发现这些样本的条件。多年后,他们开始分离样品中的微生物。据《纽约时报》报道,科学家们最初的目的是寻找能吃甲烷的微生物,这些微生物可能能够清理污水。但是,当他们发现他们的样本含有一种以前未知的阿斯加德(Asgard)古体菌株时,他们决定对其进行分析,并在实验室中生长。

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图注:扫描电子显微镜图像显示 (A) 单个古细胞 (B) 多个细胞在实验室 (C&D) 的古体中共同生长,其触手状突起发生在其生长结束时。

他们以希腊神普罗米修斯(Prometheoarchaeum syntrophicum,简称P. syntrophicum)的名字命名新发现的阿斯加德古生物菌株,据说普罗米修斯是用泥浆造成人类的。他们发现,这些古生物是相对缓慢的种植者,每14至25天只翻一番。

他们的分析证实,P. syntrophicum具有大量类似于真核生物的基因。事实上,这些基因持有这些微生物体内某些蛋白质的创造指令;但是这些蛋白质并没有像预期的那样,产生任何像真核生物体内那样的细胞器状结构。

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他们还发现,这些微生物在外层有长而支的触手状突起,可以用来抢夺路过细菌。事实上,研究小组发现,微生物往往粘在实验室的盘子里的其他细菌上。

作者为这些古代水域中发生的事情提出了一个假设:大约27亿年前,氧气开始在我们的星球上积累。但是,在一个没有氧气的世界里生活了这么久,这种元素将证明对P. syntrophicum有毒,作者在一段视频中解释道。

因此,P. syntrophicum可能发展了一种新的适应:一种与耐氧细菌形成伙伴关系的方法。这些细菌将给P. syntrophicum必要的维生素和化合物生存,而反过来,喂养古生物的废物。

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随着氧气水平的进一步升高,P. syntrophicum可能变得更加具有攻击性,用其长触手状结构抢夺过路细菌,并将其内化。在P. syntrophicum,这种细菌可能最终演变成一种产生能量的细胞器,其关键是真核生物生存的关键:线粒体。

维也纳大学的研究人员克里斯塔·施莱珀和菲利帕·苏萨(FilipaL.Sousa)在《自然》杂志上的一篇附带社论中写道:“他们经过十多年的努力,在培养P. syntrophicum考古学方面取得了成功,这代表着微生物学的一大突破。它为使用分子和成像技术的应用奠定了基础,进一步阐明P. syntrophicum的新陈代谢和真核生物信号蛋白在古细胞生物学中的作用。

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