氢可能促进了真核生物的进化

科技工作者之家 2019-12-31

图片1.png

工程师们正在部署用于钻机,以便从海底回收沉积物岩芯。

大约20亿年前,生物进化史迎来了关键时刻:第一个真核单细胞生物出现了。它是真正意义上的有核单细胞生物。随后,这个真核生物支系进化出了各种高等生物,但科学家对真核生物的起源仍不清楚。

几年前,微生物学家分析了来自海洋沉积物中的DNA,为解决这个问题提供了新思路。这些沉积物是从位于北冰洋中大西洋洋脊的“洛基城堡”热液喷口处采集的。对沉积物中的DNA进行测序后,研究者发现:它们来自于一类陌生的微生物,虽然没能将它们的细胞单独分离出来鉴定,但序列信息显示它们与古菌关系密切。因此,研究人员将其命名为——洛基古菌(Lokiarchaeota)。

古菌和细菌是两种已知最古老的单细胞生物支系。值得注意的是,洛基古菌的基因组表明它们可能具有真核生物所特有的结构和生化特征,这意味着洛基古菌可能和真核生物有共同的祖先。系统发育分析也验证了这个观点。

慕尼黑大学地球与环境科学系的William Orsi教授与奥尔登堡大学和马克思·普朗克海洋微生物研究所的科学家通过合作研究,已经能够直接检测洛基古菌的活动及新陈代谢过程。这一结果支持了洛基古菌和真核生物的进化关系,并为第一批真核生物进化所在的环境提供了线索。这项新发现发表在《自然·微生物学》杂志中。

真核生物最可能起源于一种共生关系:细菌寄宿在古菌细胞内,共生细菌随后生成了线粒体。有研究人员认为,原始宿主细胞的新陈代谢依赖于氢,而线粒体的前体产生了氢。“氢假说”假设了这两类细胞生活在一个缺氧但却富含氢的环境中。如果它们都从那种环境中隔离出来,为了生存它们会变得更加依赖彼此,最后促成了共生。Orsi说:“如果洛基古菌确为以氢为生的始古菌后代,‘氢假说’就是成立的。而到目前为止,这些古菌在自然栖息地中的生活状态还只是一个猜测。”

Orsi和他的团队从纳米比亚海岸附近一个低氧海底区域采集了沉积岩,沉积岩芯中发现了洛基古菌,通过对其RNA进行分析解释了其代谢特征。RNA作为转录中间产物,其序列能反映出基因活动的模式及表达水平。序列分析显示,样本中的洛基古菌的数量是细菌数量的100到1000倍。Orsi说:“这有力地表明海底沉积物适合它们生活。”

Orsi等在实验室中配制了富集洛基古菌的培养基,使得他们能够利用稳定碳同位素来研究这些细胞的代谢过程。结果表明,这些微生物代谢通路网络很复杂。同时,他们也用数据证实了洛基古菌利用氢来固定二氧化碳、提高新陈代谢效率,使得它们能够在低氧低能量的自然环境中依然能保持高水平生化活动。Oris说:“我们的实验首次为‘氢假说’提供了证据。就像那些现在依然很活跃的洛基古菌一样,最早的真核生物可能源于缺氧但氢丰富的海底沉积物。”

科界原创  

编译:攀汗   

审稿:阿淼    

责编:雷鑫宇

期刊来源:《自然·微生物学》

期刊编号:2058-5276

原文链接:

https://www.en.uni-muenchen.de/news/newsarchiv/2019/orsi_lokiarchaea.html

版权声明:本文由科界平台原创编译,中文内容仅供参考,一切内容以英文原版为准。转载请注明来源科技工作者之家—科界App。


古菌 真核生物 沉积物 海底 洛基

推荐资讯