在太平洋泥濘深處發現的微生物看起來不像有觸角的團塊(blob)。但是,根據新的研究,這個不起眼的小生物體可能隱藏著第一批多細胞生命形式如何進化的祕密。
圖注:如本文所示,真核細胞大約在20億年前從單細胞生物進化而來。
早在複雜生物存在之前,世界就擁有簡單的單細胞生物、古生物和細菌。在20億到18億年前,這些微生物開始進化,導致出現了更復雜的生命形式,稱為真核生物,一個包括人類、動物、植物和真菌的群體。但是,這種令人難以置信的旅程,生命從游泳的斑點過渡到步行(在某些情況下,思考和感覺)動物仍然缺乏理解。
科學家先前曾假設,一組名為阿斯加德的古生物(Asgard archaea)的微生物是真核生物備受追捧的祖先,因為它們含有與複雜真核生物相似的基因。為了分析這些微生物的長型以及這種轉變是如何發生的,日本一組研究人員花了十年時間從日本沿海的Omine海嶺底部收集和分析泥漿。
研究小組將泥漿樣品及其微生物儲存在實驗室的一個特殊的生物反應器中,模擬了在深海中發現這些樣本的條件。多年後,他們開始分離樣品中的微生物。據《紐約時報》報道,科學家們最初的目的是尋找能吃甲烷的微生物,這些微生物可能能夠清理汙水。但是,當他們發現他們的樣本含有一種以前未知的阿斯加德(Asgard)古體菌株時,他們決定對其進行分析,並在實驗室中生長。
圖注:掃描電子顯微鏡影象顯示 (A) 單個古細胞 (B) 多個細胞在實驗室 (C&D) 的古體中共同生長,其觸手狀突起發生在其生長結束時。
他們以希臘神普羅米修斯(Prometheoarchaeum syntrophicum,簡稱P. syntrophicum)的名字命名新發現的阿斯加德古生物菌株,據說普羅米修斯是用泥漿造成人類的。他們發現,這些古生物是相對緩慢的種植者,每14至25天只翻一番。
他們的分析證實,P. syntrophicum具有大量類似於真核生物的基因。事實上,這些基因持有這些微生物體內某些蛋白質的創造指令;但是這些蛋白質並沒有像預期的那樣,產生任何像真核生物體內那樣的細胞器狀結構。
他們還發現,這些微生物在外層有長而支的觸手狀突起,可以用來搶奪路過細菌。事實上,研究小組發現,微生物往往粘在實驗室的盤子裡的其他細菌上。
作者為這些古代水域中發生的事情提出了一個假設:大約27億年前,氧氣開始在我們的星球上積累。但是,在一個沒有氧氣的世界裡生活了這麼久,這種元素將證明對P. syntrophicum有毒,作者在一段視訊中解釋道。
因此,P. syntrophicum可能發展了一種新的適應:一種與耐氧細菌形成夥伴關係的方法。這些細菌將給P. syntrophicum必要的維生素和化合物生存,而反過來,餵養古生物的廢物。
隨著氧氣水平的進一步升高,P. syntrophicum可能變得更加具有攻擊性,用其長觸手狀結構搶奪過路細菌,並將其內化。在P. syntrophicum,這種細菌可能最終演變成一種產生能量的細胞器,其關鍵是真核生物生存的關鍵:線粒體。
維也納大學的研究人員克里斯塔·施萊珀和菲利帕·蘇薩(FilipaL.Sousa)在《自然》雜誌上的一篇附帶社論中寫道:“他們經過十多年的努力,在培養P. syntrophicum考古學方面取得了成功,這代表著微生物學的一大突破。它為使用分子和成像技術的應用奠定了基礎,進一步闡明P. syntrophicum的新陳代謝和真核生物訊號蛋白在古細胞生物學中的作用。