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日研究人员提出真核生物进化起源新理论

编译者:liguiju发布时间:Feb 10, 2020点击量:241 来源栏目:科研动态

最近,来自日本的研究人员首次培养和鉴定了与真核生物在亲缘关系上最接近的原核生物,并提出了真核生物进化起源的新理论(E3模型)。相关研究发表在《自然》(Nature)杂志上。

真核生物(包括动物、植物、真菌和变形虫等复杂生物)被认为是从原核生物(结构简单的单细胞生物)进化而来的,然而,如何从原核生物进化到真核生物仍然是一个谜。原核生物可分为两类:细菌和古菌。当前数据表明,第一个真核生物是通过“古菌”吞噬“细菌”并融合成一个生物实体而出现的。据推测,这其中的宿主古菌属于一个称为Asgard的古菌群。但是,由于没有可用于实验室研究的活细胞,这些生物的外观、生活方式和进化史仍然未知。

最近,来自日本的研究人员首次成功地捕获了该古菌群的古菌,并通过将新旧生物技术相结合的方式来完成细胞培养(即在一个独特的反应器中人工重建深海沉积物环境,使用现代DNA测序技术监测生长,并通过传统培养技术进行富集)。经过12年的长期实验,终于形成了该古菌的培养体系。该菌株以用泥土造出人类的希腊神普罗米修斯(Prometheus)为名,被命名为“Prometheoarchaeum syntrophicum MK-D1”。

尽管与真核生物的祖先密切相关,但MK-D1显示出许多不同于真核生物的生物学和物理特征。例如,MK-D1生长缓慢,依靠与其他原核生物的共生以氨基酸作为能量来源生长,并且只能在无氧条件下生长。在物理结构上,MK-D1细胞非常小(直径约550 nm;大约1/2000毫米),内部简单,缺乏任何复杂的内部结构。另一方面,MK-D1具有在原核生物中从未观察到的结构-从细胞表面延伸出来的分支触手状突起。

基于这项工作中发现的MK-D1的物理、生物学和基因组特征,研究人员为真核生物的起源提出了一种新颖的理论:纠缠-吞噬-内生化(Entangle-Engulf-Endogenize,E3)模型”。随着光合作用的到来,地球上的氧气水平上升,为高能呼吸创造了机会。在理论上,真核生物的祖先古菌与好氧细菌(线粒体的营自由生活的祖先)形成共生关系,使用触手状突起和囊泡(就像在MK-D1中观察到的那样)吞噬细菌,从而进一步在内部形成新的共生关系,并发展成为能够消化氨基酸和呼吸氧气的单一生物实体,即真核生物的原始祖先。

该研究对该古菌及其亲源关系较近的细菌的进一步研究为我们阐明了从结构简单的原核生物进化为真核生物的进化路径。

(编译 王秀娟)

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