这种奇怪的微生物可能标志着生命的一个伟大飞跃

科学家上周报告称，在太平洋海底发现的一种奇怪的触须微生物可能有助于解释这个星球上复杂生命的起源，并解开生物学中最深的谜团之一。

二十亿年前，简单的细胞产生了远为复杂的细胞。生物学家几十年来一直在努力研究它是如何发生的。

科学家们早就知道，在进化的道路上一定有前人。但从化石记录判断，复杂的细胞只是不知从哪里冒出来的。

这个新物种，被称为prometheochaium，结果就是这样一种过渡形式，有助于解释所有动物、植物、真菌--当然还有人类--的起源。这项研究发表在《自然》杂志上。

维也纳大学微生物学家克里斯塔·施莱珀（Christa Schleper）没有参与这项新研究，她说：“这实际上很酷--这将对科学产生重大影响。”

我们的牢房里塞满了容器。例如，它们将DNA储存在细胞核中，并在称为线粒体的区域中产生燃料。它们破坏被称为溶酶体的微小家政机器中的旧蛋白质。

我们的细胞也会用像乐高一样的积木构建自己的细丝骨架。通过延长一些细丝，将其他细丝分开，细胞可以改变它们的形状，甚至在表面上移动。

共享这些复杂细胞的物种被称为真核生物，它们都是生活在大约20亿年前的共同祖先的后裔。

在那之前，世界上只有细菌和一群叫做古生菌的小而简单的生物。细菌和古菌没有细胞核、溶酶体、线粒体或骨架。

进化生物学家长期以来一直困惑于真核生物是如何从如此简单的前体进化而来的。

在20世纪后期，研究人员发现线粒体在过去的某个时候是自由生存的细菌。不知何故，它们被吸引到另一个细胞里，为宿主提供新的燃料。

2015年，瑞典乌普萨拉大学的Thijs Ettema及其同事在从北冰洋取回的沉积物中发现了DNA片段。这些片段含有一种古细菌的基因，似乎与真核生物关系密切。

埃特马和他的同事给它们命名为阿斯加德古菌。（阿斯加德是北欧诸神的家园。）这些神秘微生物的DNA出现在北卡罗来纳州的一条河流、新西兰的温泉和世界各地的其他地方。

仙宫古菌依赖于许多以前只在真核生物中发现的基因。这些微生物有可能把这些基因用于相同的目的--或者其他目的。

“除非你有一个有机体，否则你不能真正确定，”Schleper说。

日本筑波国立高级工业科学技术研究所的微生物学家Nobu和他的同事们成功地在实验室里种植了这些生物。这一努力花了十多年。

适应寒冷海底生活的微生物以慢动作存在。prometheochaurum可能需要长达25天的时间。相比之下，大肠杆菌每20分钟就会发生一次死亡。

该项目始于2006年，当时研究人员从太平洋海底拖出沉积物。最初，他们希望分离出吃甲烷的微生物，这些微生物可能会被用来清理污水。

在实验室里，研究人员模仿海底的条件，把沉积物放在没有任何氧气的房间里。他们泵入甲烷，提取出致命的废气，这些废气可能会杀死当地的微生物。

泥浆中含有多种微生物。但到2015年，研究人员分离出了一种有趣的古生菌新物种。当Ettema和他的同事宣布发现仙宫古菌DNA时，日本研究人员感到震惊。他们的新活微生物属于那一组。

研究人员随后进行了更多艰苦的研究，以了解新物种，并将其与真核生物的进化联系起来。

研究人员将这种微生物命名为prometheochaurum syntrophicum，以纪念希腊的普罗米修斯，他用粘土塑造了人类，给了人类火。

诺丁汉大学的进化生物学家詹姆斯·麦金纳尼（James McInerney）没有参与这项研究，他说：“微生物学花了12年时间才达到你可以在显微镜下看到它的地步，这太令人惊讶了。”

在显微镜下，prometheochaurium被证明是一种奇怪的野兽。这种微生物最初是一个小球体，但经过几个月的时间，它会萌发出长长的分支触角，并释放出一群被膜覆盖的气泡。

当研究人员检查细胞内部时，情况变得更加奇怪。Schleper和其他研究人员曾预计仙宫古菌利用它们的真核生物样蛋白质在它们的细胞内构建了一些真核生物样结构。但日本队发现的不是这个。

“在内部，没有结构，只有DNA和蛋白质，”Nobu说。

这一发现表明，真核生物用来构建复杂细胞的蛋白质最初是做其他事情的，直到后来才被分配了新的工作。

Nobu和他的同事们现在正试图弄清楚那些最初的工作是什么。他说，古生菌有可能用后来真核生物用来构建细胞骨架的基因创造触角。

Schleper想看到更多的证据支持这个想法。“其他古细菌的手臂非常漂亮，”她观察到。但其他物种使用的蛋白质与我们的不太相似。

在发现Prometheo考古学之前，一些研究人员怀疑真核生物的祖先以捕食者的身份生活，吞噬更小的微生物。它们可能就这样吞噬了第一个线粒体。

但是prometheochaurum不符合这种描述。Nobu的团队经常发现这种微生物粘在细菌或其他古细菌的侧面。

普罗米特古菌似乎不是捕猎猎物，而是通过吞食漂浮而过的蛋白质碎片来谋生。它的伙伴以它的废物为食。反过来，它们又为普罗米特古菌提供维生素和其他必要的化合物。

Nobu推测，海底的一种仙宫古细菌将细菌拖入触须网，使它们更亲密地联系在一起。最终，它吞噬了细菌，细菌进化成线粒体，为每一个复杂的细胞提供燃料。

McInerney怀疑Prometheo考古学能否提供20亿年前我们的祖先如何吸收线粒体的清晰图像。“这是一个活在2020年的生物体，”他说。

随着Nobu的团队继续研究Prometheo考古学，他们也在海底泥浆中寻找它的亲属。这些微生物可能更接近我们自己的祖先--并可能提供更多意想不到的线索。

“我们希望这将有助于我们更好地了解自己，”Nobu说。