厌氧衣原体基因里藏着真核生物进化的秘密

科学家正在采样。

《科学进展》杂志8月26日刊文称，一个国际研究小组发现了一类新的衣原体——厌氧衣原体。它们生活在无氧的海床上，体内的产氢代谢基因使其能在无氧环境中生存。

研究人员发现，我们的单细胞祖先从20亿年前的衣原体那里继承了这些产氢代谢基因，这对现代生命的进化至关重要。

现存生命可以分为真核生物（如动物、植物、真菌和变形虫等）和原核生物（如细菌和古细菌等）两大类。与相对简单的原核细胞相比，真核细胞的细胞结构更复杂。

几十年来，复杂真核细胞的进化问题一直困扰着科学家。现在普遍接受的假设是：两种原核生物（一种古菌和一种细菌）在大约20亿年前的缺氧环境中结合并共生在了一起，形成了真核细胞。

科学家认为这些微生物通过营养物质，在无氧环境中合作共生。虽然现在还不知道是什么营养物质，但很多科学家认为可能是氢。

跟化石一样，基因组里藏着生物进化的线索。为了解开这个20亿年前的谜题，科学家们从原核生物和真核生物的基因组入手，寻找在无氧富氢环境下与营养代谢有关的基因。

在细胞中，有个叫线粒体的“发电厂”，它用我们吸入的氧气和吸收的糖来产能（有氧代谢），但有的线粒体在没有氧气的情况下，也可以通过产氢代谢来供能。

氢被认作是真核生物起源过程中的重要营养物质，科学家推测，20亿年前，在共生的古细菌和细菌中，有一种是能产氢的，但目前还没有直接的证据能够证实。

在《科学进展》发表的这篇论文中，研究人员在海底新发现的厌氧衣原体中，意外发现了这些基因的来源。厌氧衣原体生活在没有氧气的环境中，它们有能产氢代谢的基因。

研究人员发现厌氧衣原体用于产氢代谢的基因与真核生物的非常相似。这有力地证明，远古衣原体在真核生物的进化过程种贡献了这些基因。

“这个研究首次发现了真核生物如何获得产氢代谢基因的证据，基因的来源完全出乎我们的意料。”瑞典乌普萨拉大学博士后研究员Courtney Stairs说。

论文合著者，乌普萨拉大学的Jennah Dharamshi博士补充说：“我们的新发现证明，真核生物的基因组有一个嵌合进化史，不仅有源于古菌和线粒体的部分，有的还有源于衣原体。”

瓦赫宁根大学教授Thijs Ettema说：“了解真核生物的产氢代谢能力来源，对于深入了解二十亿年前我们祖先的进化方式非常重要。”

Courtney Stairs补充道：“多年来我一直在思考，如果能找到真核生物产氢代谢能力的来源，我们就能清楚地了解真核生物的进化过程。但是，当发现这些基因源于衣原体时，又引出了更多的问题——真核生物是如何获得这些基因的？我们知道微生物有‘基因转移’能力，能够彼此分享基因。于是便可以通过建立每个基因的进化树，找出它们的进化模式，进而找到这些转移事件。仙宫古菌是当下与最初有共生关系的古菌亲缘关系最近的菌，仙宫古菌在厌氧衣原体生活的海底也有发现。它们的共存使得基因在这些微生物祖先之间转移成为可能。”

找到可以在无氧环境下生存的衣原体具有重要意义。现在所知的衣原体都生活在真核细胞内，常常被当作人或其它动物的病原体。

Jennah Dharamshi说：“衣原体能在真核细胞外的无氧条件下通过产氢代谢生存，这对以前的观点提出了挑战。我们的发现表明，衣原体很可能是海底生态系统中的重要组成部分，或许所有的衣原体都没我们认为的那么坏。”

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编译：攀汗   

审稿：alone    

责编：雷鑫宇

期刊来源：《科学进展》

期刊编号：2375-2548

原文链接：

https://phys.org/news/2020-08-genes-chlamydiae-complex-life-oxygen.html

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