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这种“阿斯加德古菌”是真核生物的祖先,线粒体竟是“外来者”

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包含植物、动物和真菌在内的杂乱生命方式被称为ag环亚娱乐真核生物。

这些生物是由细胞组成的,这些细胞含有膜结合的内部隔间,如细胞核和其他细胞器。

Imachi等人在《天然》(Nature)杂志上撰文称,一种被称为“阿斯加德古菌”(Asgard archaeon)的微生物总算在试验室中得到了培育,它可能有助于提醒前期真核细胞是怎么进化的。

阿斯加德是北欧神话中阿萨神族的地界,一切尊奉奥丁为主神的神明都寓居在这里。

这一效果将有助于对迄今为止最接近真核生物的古细菌进行具体的推陈出新和细胞研讨。

人们以为,当两种类型的单细胞兼并,其间一种吞噬另一种时,真核生物就呈现了。

来自古菌域的一个细胞被以为吞噬了另一种细菌细胞,后者归于α-变形菌(alphaproteobacterium)一类,被吞噬的细菌进化成了真核生物的产能细胞器——线粒体。

但是,吞噬这种细菌的原始细胞的性质尚不清楚。

基因组剖析加强了这种细胞能够追溯到古生菌的观念,由于许多触及中心生物进程的古细菌基因,如转录、翻译和DNA仿制,与相应的真核生物基因有一同的先人(在体系遗传学上是相关的)。

是被真实的古细菌吞噬,仍是被现已取得了一些真核特征的古细菌吞噬,比方细胞核?

迄今为止,还没有发现任何能够解说前期真核生物先人的化石。

但是,对古细菌谱系的研讨为咱们供给了一条行进的路途。

2015年以来,在基因组和体系发育剖析的根底上,新发现的一门被称为“Lokiarchaeota”(以挪威神洛基命名)的古菌被以为是真核生物进化而来的古代原始宿主细胞的现存近亲。

随后的基因组研讨提醒了更多这样的谱系,其他北欧诸神现已为它们供给了姓名(托尔、奥丁、海姆达尔和赫尔),现在它们与Lokiarchaeota一同被统称为“阿斯加德古菌”(Asgard archaea)。

风趣的是,一切这些谱系都包含很多基因,这些基因编码所谓的真核特征蛋白(ESPs),这种蛋白一般只在真核生物中发现。

现在,依据体系发育剖析和真核生物基因组ESP含量,海姆达尔古菌(Heimdallarchaeota)是猜测的最接近真核生物的古细菌亲属。

但是,阿斯加德古菌的一切成员都是预先确定的,他们的推陈出新也仅仅由他们的DNA序列来猜测的,因而他们的细胞特征直到现在还不为人所知。

Imachi和他的搭档们陈述说,他们在试验室里培育了一种来自Lokiarchaeota门的阿斯加德古细菌,他们计划把这种生物叫做“Prometheoarchaeum syntrophicum”(以普罗米修斯命名),这种生物是从深海沉积物中取得的。

古生菌不同寻常的形状和代谢促进作者提出了第一个真核细胞呈现的新模型。

这一事情估计发生在20亿到18亿年前,是进化生物学中要害的细胞改变之一,也是一个首要的生物学之谜。

早在阿斯加德古细菌被发现的六年多曾经,Imachi和他的搭档们就现已开端在深海沉积物中培育微生物。

他们开端的方针是寻觅能够降解甲烷的生物,他们在日本海岸海面下2.5公里处寻觅这样的微生物。

Imachi等人建立了一个活动生物反应器设备,模仿温度(10°C)和该水下场所的低氧和低养分条件。

在开端这项生物反应器作业的五年内,呈现了一个由活泼细菌和古菌组成的高度多样化的联合体,包含Lokiarchaeota。

这些优化结果表明,古生菌在不直接反映其原始栖息地的条件下成长得最好:在20℃,增加氨基酸、多肽乃至婴儿奶粉。

作者陈述说,活菌的成长依赖于其他微生物同伴的存在,而这些同伴又依赖于活菌的生计——这种联系被称为共生。

依据基因组数据的正确猜测,这些同伴铲除的是由古细菌Prometheoarchaeum开释的氢。

研讨人员发现,虽然古生菌成长极端缓慢,仿制和割裂需求2到4周的时刻,但在培育液中,它能够被培育成占有细菌集体80%以上。

依据同位素剖析的开始研讨,作者陈述说这种生物能够降解外部供给的氨基酸。但是,这并不扫除它也依托成长培育基中的其他养分成长的可能性。

古生菌细胞相对较小(直径300-750纳米),具有其他古菌的脂质特征,没有真核类细胞器的依据。

但是,这种生物在它的细胞外表形成了风趣的结构,包含长而多分枝的杰出物。

作者提出了一个新的真核细胞呈现的模型,包含三个参与者。在这个模型中,一个会发生线粒体的自在日子的细菌先人与原始宿主细胞羁绊在一同,然后被宿主细胞吞噬,宿主细胞自身与细菌同伴处于一种共生联系。

这些主意不同于“反向氢流”(reverse hydrogen flow)模型,该模型以为古生菌发生的氢被细菌线粒体先人直接耗费,不需求假设有第三个同伴。

Imachi和搭档们通过十多年的尽力,成功培育出了Prometheoarchaeum,这是微生物学的一大打破。

它为使用分子和成像技能进一步说明古生菌的代谢和ESPs在古生菌细胞生物学中的效果奠定了根底,这从而能够辅导未来研讨真核细胞怎么呈现的作业方向。

原文出处:

https://www.nature.com/articles/d41586-020-00039-y

Meet the relatives of our cellular ancestor

作者:Christa Schleper &Filipa L. Sousa

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