新的线索复杂生命的起源

托尔,从神话传说中的挪威神仙宫,并不孤单。根据开创性的研究发表在《自然我们人类——连同鹰,海星,雏菊和地球上每一个复杂的有机体,在某种意义上,Asgardians。

数百种不同的微生物基因组的分析称为古生菌,德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员和其他机构已经发现真核生物细胞核的细胞——复杂的生命形式,包括世界上所有的植物,动物,昆虫和真菌——追根溯源常见仙宫太古代的祖先。这意味着真核生物是进化生物学家的说法,在仙宫古菌“well-nested进化枝”,类似于鸟类如何组在一个更大的组之一被称为恐龙,共享一个共同的祖先。研究小组发现,所有真核生物共享一个共同的祖先在仙宫。

没有发现真核生物的化石从远比大约20亿年前,这表明在此之前,只有各种类型的微生物存在。

“那么,事件导致微生物进化成真核生物吗?”布雷特·贝克说,UT奥斯汀的综合生物学副教授和海洋科学。“这是一个大问题。在理解这个共同的祖先是一大步。”

由Thijs Ettema荷兰瓦赫宁根大学的研究小组发现微生物相对于最接近所有复杂生命形式描述的生命之树作为一个新秩序被称为Hodarchaeales(简称木制容器)。木制容器,海洋沉积物中发现,是一大群内的几个子组仙宫古生菌。

仙宫古细菌进化超过20亿年前,和他们的后代仍然生活。一些被发现在深海沉积物和世界各地的温泉,但是到目前为止只有两个菌株已经成功地在实验室中生长。识别它们,科学家们从环境中收集他们的遗传物质,然后拼凑自己的基因组。基于遗传相似性与其他生物体可以在实验室中生长和研究,科学家们可以推断出新陈代谢和仙宫的其他特性。

“想象在一个时间机器,而不是探索恐龙的领域或古代文明,但是旅程深处潜在的代谢反应,引发了复杂生命的黎明,”瓦莱丽•德•安达说,贝克的实验室的研究员。”而不是化石或文物,我们看现代微生物的基因蓝图重建他们的过去。”

研究人员扩大已知的仙宫基因组多样性,增加50多个鼻窦仙宫基因组作为输入的造型。他们的分析表明,所有现代仙宫的祖先似乎一直生活在炎热的环境中,消耗二氧化碳和化学品。同时,木制容器,更接近真核生物的新陈代谢更类似于我们,吃碳和生活在凉爽的环境。

“这是非常激动人心的,因为我们正在寻找第一次在分子祖先的蓝图,催生了第一个真核细胞,”De安达说。

在挪威神话中,煤斗(也拼写煤斗,Hoðr或霍德尔)是一个神,盲人奥丁的儿子,弗丽嘉是谁杀死了自己的弟弟巴尔德。

“我一直在开玩笑我谈判,‘我们都是Asgardian’,”贝克说。“现在这可能会在我的墓碑。”

其他作者从标准以内的凯利- w·塞茨和尼娜东布罗夫斯基。除了Ettema,作者从其他机构劳拉的高速,丹尼尔•Tamarit Eva卡塞雷斯,考特尼楼梯,马克斯·舍恩威廉·刘易斯Felix Homa,吉米看到,乔纳森·伦巴第Takuro Nunoura,李君文,郑爽版,Lin-Xing陈,吉利安班菲尔德,艾米丽•圣约翰Anna-Louise Reysenbach,安德烈亚斯•施拉姆,马修•斯托特Kasper Kjeldsen和安德烈亚斯泰斯科。

支持这项研究的经费由摩尔真核生物项目的起源和西蒙斯基金会、美国国家科学基金会,威康信托基金会欧洲研究理事会,瑞典研究理事会,荷兰研究委员会,中国的国家自然科学基金,Wenner-Gren基金会终身科学实验室(瑞典)和欧盟委员会(European Commission)的玛丽Skłodowska-Curie行动。

"对我来说,最令人兴奋的是,我们开始看到从生物学家认为一个archaeon过渡到这种生物Hodarchaeales更像是一个真核生物,”贝克解释说。“把它的另一种方法是,这些木制容器是我们的姐妹群古世界。”

贝克说,这是有道理的,所有的古菌的仙宫的催生了真核生物。像真核生物,仙宫古菌的成员有许多基因与基因组的多个副本。在真核生物中,当基因重复,新的副本往往承担了新的功能,给生物的新能力。这是进化的主要驱动力之一。

“我们不知道,在这些仙宫具体来说,基因的复制导致了什么,”贝克说。”,但我们知道在真核生物基因的复制导致了新的功能和细胞复杂性的增加。所以,我们认为这是仙宫的一个方法定义真核生物的创新。”

科学家在研究古生菌发现许多蛋白质,曾经被认为是独家真核生物。贝克说,就引出了一个问题:这些真核蛋白的功能是在古生菌吗?

“我认为研究这些简单的生命形式和真核生物的特征会告诉我们很多关于我们自己,”贝克说。

参考:高速L, Tamarit D,卡塞雷斯EF, et al .推理和重建heimdallarchaeial祖先的真核生物。自然。2023年。doi:10.1038 / s41586 - 023 - 06186 - 2

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