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人类或起源于古菌?真假?

咱们常常以为生命分为三个巨大的分支:细菌、古菌和真核生物。可是,多个研讨团队发现了一种称为“Asgard”的古菌,为生命最早的进化史供给了新的头绪,它们或许会改动生命进化树的形状,以及咱们在其间的方位…

咱们常常以为生命分为三个巨大的分支:细菌、古菌和真核生物。可是,多个研讨团队发现了一种称为“Asgard”的古菌,为生命最早的进化史供给了新的头绪,它们或许会改动生命进化树的形状,以及咱们在其间的方位。

今日,咱们特别编译了这篇宣布于New Scientist杂志的关于进化的文章。期望本文能够为诸位读者带来一些启示与协助。

① 进化树的争辩

在北欧神话中,Loki 是一个就连众神都难以抵挡的“大骗子”。因而,“呼唤”这个臭名远扬的阴谋家进入现代科学国际或许有些莽撞——但 2008 年的一组研讨人员便是这么做的。

他们在挪威海底努力地寻觅深海热液,由于这片海域的热信号好像一向在改变。当他们终究找到岩石的塔尖时,他们以为把它们命名为 Loki’s Castle比较适宜,由于 Loki 能变形,利诱周围的人。

城堡里最小的“居民”很快也开端挑起事端。日子在那里的古怪微生物揭开了进化史上最大的疑团之一:杂乱的生命来源。更重要的是,它们从头激起了关于进化树形状的争辩。

进化树是最基本的生物学办法之一,用来描绘地球上生命的兴起,对咱们一切人都有影响。而 Lokis 的发现或许会将人类与一群被称为“古菌”的古怪单细胞生物卑躬屈膝,戏曲性地从头界说咱们所属的物种。

教科书上会独爱你,在 35 亿年前,细胞出现在地球上后不久,阅历了一次各奔前程,把生命分为三个天壤之别的分支。

一个分支成为了细菌——只要经过显微镜才干看到的单细胞生物;第二个分支是与细菌相似的、简略的但在生物学上天壤之别的微生物,即古菌;终究一个分支发生了称为真核生物的杂乱生物,包含人类、树木和真菌,它们在细胞层面上不同于原核生物,包含杂乱的内部结构。

早在 Lokis 被发现之前,人们就对这种生命分支的图景发生了置疑。

20 世纪 80 时代,人们在意大利硫磺温泉中发现并判定出了一种全新的古菌。这类微生物被称为Crenarchaeota,也被称为 eocytes,但好像它们和真核生物有着相同的细胞特征,这真的很古怪。在那之前,这两者一向被以为是天壤之别的。

这些相似之处标明,古菌和真核生物之间存在着亲近的进化联络,这也促进洛杉矶加州大学的 James Lake 提出了生命进化树的另一种版别。他以为,细胞生命实际上开端于双向割裂,这意味着生命只要两个巨大的分支:细菌和古菌。

Lake 的观念暗示着,真核生物或许是古菌中的一个进化分支——就像生物学家现在承受鸟类是恐龙中的一个进化分支相同。麻雀或许看起来不像腕龙,但严厉来说它确实是一种恐龙。

同样地,莎士比亚或爱因斯坦好像与日子在泥泞沼地中的产甲烷微生物几乎没有任何共同之处——但在 Lake 的想象中,严厉讲,他们都是古菌。

Lake 的观念后来被称为“泉古菌假说”。但你不或许在教科书中找到这个假说。“这个假说在很大程度上被忽视了,”英国纽卡斯尔大学的 Martin Embley 标明,“我一向不明白为什么会这样。”

② 缺失的环节

10 年前,Embley 和他的搭档从头审视了这个观念。关于生命前期来源的研讨面临着一个问题:存在于数十亿年前的生物早已消失,这意味着对生命前期来源的研讨咱们想要有所发展,有必要依赖于生物学上对现代生物的了解。

因而,Embley 和他的团队剖析了几十个存在于现存细菌、古菌和真核生物中的基因,以弄清楚这三种细菌是怎么彼此相关的。令他们惊奇的是,研讨成果激烈支撑泉古菌假说的两个分支的生命进化树。

并不是每个人都预备好了应对这样翻天覆地的改变。“我从来没有阅历过像环绕那篇论文那样困难的审理进程,”Embley 说,“让我感到古怪的是,人们并没有由于任何特定的原因,来标明咱们是过错的。他们便是不相信咱们的成果。”

Embley 说,坦白地说,重构那些或许发生在 35 亿年前的进化事情并不简略。并且,由于 DNA 片段通常在不同分支的生物之间进行水平搬运——直接吸收,而不是遗传,所以这个使命会变得愈加困难。

Embley 说,咱们能够经过重视一个相对难以水平搬运的基因子集,来更好地了解生命进化树的形状。

例如,有些酶会与细胞内多种其他分子进行彼此作用,以至于一些微生物无法轻易地将这些酶,与其他微生物所带着的酶交流。成果是,发生这些酶的基因能够抵挡住水平搬运。

Embley 说,当研讨人员开端选用这种愈加奇妙的办法时,两域树的概念变得愈加盛行。他说:“人们现在开端以为两域树才是更有力的假说。”

可是,要真实使这一观念家喻户晓,两域树概念的倡导者还需求一个具有象征意义的发现——相似于 20 世纪 90 时代被发现的带茸毛的恐龙化石,终究说服了许多鸟-恐龙联络的置疑者。而这便是咱们该提到 Lokis 的当地了。

现在于荷兰瓦赫宁根大学作业的 Thijs Ettema 和他的搭档,对从 Loki’s Castle 邻近、泥泞的海底搜集的 DNA 进行了测序。

其间一些 DNA 好像归于古菌,但这些古菌也带着着几十种咱们之前以为是真核生物所特有的基因。它们是“古真核生物”,相当于长有茸毛的恐龙。换句话说,Lokis 是一个缺失的环节,显现了一些古菌是怎么进化成特别杂乱的生物,并成为榜首种真核生物的。

“咱们不敢猜测咱们会有这样的发现,”Ettema 说,“这可真是太影响了!”

Lokis 更正式的称号是Lokiarchaeota,它有几个不同的基因,这些基因能够协助真核生物在细胞内构建膜关闭的“隔间”。咱们没有这些“隔间”,真核细胞就会失掉它们最有目共睹的特征——细胞核。

在典型的 Loki 的基因组中,也存在着几个协助真核细胞吞噬较小微生物的基因。这或许是另一个重要的发现。

许多生物学家以为,真核生物之所以变得大而杂乱,只是是由于它们带着着一种叫做“线粒体”的细胞能量源。一种干流观念以为,线粒体开端是被原始真核生物吞噬的较小的细菌。

总的来说,这些发现契合这样一个观念:真核生物,至少一部分,是从古菌这一分支进化而来。Ettema 说:“或许咱们有必要习惯于这样的观念,即咱们是一些古怪的古菌。”

自 2015 年以来,研讨人员在国际各地都发现了相似 Loki 的微生物——在罗马尼亚的湖泊、澳大利亚的微生物垫、新西兰和美国黄石国家公园的深海热液喷口。

图. 地球上的一切生命通常被分为三个分支——细菌、古菌和真核生物。跟着 Asgard 微生物的发现,生命进化树或许需求一个完全的推翻。

③ 生命的进化树

每一组新发现的相似 Loki 的微生物,都以北欧神话中的另一个人物的称号命名,它们被合称为 Asgard archaea,Asgard 是神话王国的姓名。

乃至一些对双域树概念持置疑态度的研讨人员也乐意承受,Lokis——以及更广泛的 Asgards——与真核生物亲近相关的观念。其间包含麻省理工学院的 Gregory Fournier。

可是,Fournier 说,值得注意的是,Asgard 与真核生物的联络并不必定意味着生命进化树需求从三个分支削减到两个分支。

经过数十亿年的进化,真核生物比古菌或细菌杂乱得多。可是,这一分支中最早形成真核生物的微生物在生物学上十分简略,它们很或许看起来很像古菌。

这意味着 Asgards 有或许具有相似古菌的表面,而实际上是在形成真核生物的前期阶段。在这种情况下,Asgards 依然合适传统的三个分支的生命进化树。

对 Asgards 进行更具体的研讨,或许有助于确认它们是否真的是古菌。这些微生物开端是经过凑集它们的 DNA 片段被辨认出来的,但从未见过活的 Asgard 微生物。

因而,研讨的要点就在于怎么在试验室里培育这样一种微生物,以便对它们的生物学和行为学有一个正确的知道。

图. 榜首张 Asgard 微生物的相片:Prometheoarchaeum syntrophicum,以及它的触须状突起

④ 触须的发现

上一年,日本海洋地球科学技术组织的 Hiroyuki Imachi 和他的搭档,成为了榜首个成功的团队。他们宣告他们现已别离并培育了一种从日本南海岸海底收集的 Asgard。

与此前不同,他们将其命名为Prometheoarchaeum syntrophicum,取自希腊神话而不是北欧神话中的人物。

这种微生物在试验室里很难成长,因而 Imachi 的团队实际上在 14 年前就开端了他们的试验,比 Loki’s Castle 被发现早了两年,比 Ettema 和他的搭档发现欺压在那里的 Lokis 早了几年。

虽然时间轴有些紊乱,但P. syntrophicum依然是榜首株被培育的 Asgard 微生物。

Imachi 年头宣布的论文受到了广泛微生物学家的赞扬。“总算有了一株被培育的 Loki,这真是太令人兴奋了!”Fournier 说。

这项研讨标明,P. syntrophicum有着十分古怪的触须状突起。Imachi 的研讨团队估测,这些突起或许使相似 Asgard 的陈旧微生物环绕在细菌周围,并终究以线粒体的方式融入细菌的细胞中,成为这一进程中的榜首批真核生物。

研讨团队还标明,这些微生物并不是单独生计的,它们只能与一小群其它微生物一同成长。这种亲近的合作关系也或许导致了 Asgard 物种融入到这些协助它赖以生计的“辅佐”微生物中。

Fournier 说,P.syntrophicum的发现有助于强化 Asgard 与真核生物亲近相关的观念,但它并不能真实协助咱们确认 Asgard 微生物是否真的是古菌。

可是,没有一个已知的古菌像P.syntropicum相同有触须状的突起。可是,问题在于它是一种相对特别的 Asgard 微生物。为了处理这个问题,明显还有更多的作业需求施行。

Fournier 说,咱们现在需求培育更接近于该集体进化前期阶段的 Asgard 物种,由于这样更简略判别这些原始的 Asgard 是不是古菌。

终究,Lokis 和 Asgards 或许会鼓舞生物学家否定三域树,而挑选两域树理论。

可是,即便这些新发现的微生物并没有导致如此完全的改变,它们也在提醒杂乱生命方式的来源,比方咱们自己。北欧的恶作剧之神必定会对他同名的微生物所引发的革新,大加欣赏。

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