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新发现的古细菌或能解答真核生物起源之谜|生物|微生物|古细菌

2016-11-22  圣人小童
图为汤姆·希德勒斯顿扮演的洛基。图为汤姆·希德勒斯顿扮演的洛基。
图中从斑马到树木,都是真核生物。图中从斑马到树木,都是真核生物。
线粒体是真核生物细胞的能量之源。线粒体是真核生物细胞的能量之源。

  新浪科技讯 北京时间11月22日消息,据国外媒体报道,在大西洋中部的格陵兰岛与挪威之间的海面下方2300米处,有一块烟雾密布的黑暗区域,热水不断地从海床中涌出。这块奇怪的地方名叫“洛基城堡”,得名于外形变化多端的北欧神祗洛基(Loki),也就是汤姆·希德勒斯顿(Tom Hiddleston)在电影《复仇者联盟》中扮演的角色。

  在洛基城堡附近,生活着一种与众不同的微生物。2015年,一支由瑞典乌普萨拉大学的微生物学家泰斯·艾特玛(Thijs Ettema)带领的科研团队报告称,他们在距洛基城堡约15公里处的海床沉淀物中发现了一种新型单细胞微生物的基因痕迹。该团队将这种新发现的微生物命名为“Lokiarchaeota”,简称为“洛基”。

  研究发现,这种神秘的微生物其实是真核生物关系最近的近亲。从植物到真菌,从昆虫到人类,所有复杂生物都属于真核生物。这说明“洛基”可以帮助我们研究真核生物的形成过程。换句话说,“洛基”也许将有助于我们解开人类和所有复杂生物的起源之谜。

  作为神祗的洛基常常被描述为“一个极其复杂、令人困惑、性格自相矛盾的人物”。而真核生物也是如此。真核生物究竟是如何出现的?全世界的科学家都对此困惑不已。一直到几十年前,生物学家还认为地球上基本只存在两种生物:真核生物和原核生物。真核生物既包含微生物、又包含更复杂的生物形态,如蘑菇和黑猩猩等;而原核生物则完全由单细胞生物组成,其中最出名的就是细菌。

古细菌也许是所有真核生物的祖先。古细菌也许是所有真核生物的祖先。
真核生物的细胞结构极为复杂。真核生物的细胞结构极为复杂。
细菌在地球上无处不在。细菌在地球上无处不在。

  原核生物与真核生物之间最大的不同在于细胞的复杂程度。原核生物的细胞十分简单,仅包含寥寥几种内部结构,而真核生物的细胞则复杂得多。真核生物的细胞体积也更大,通常是原核生物的十倍左右。正因为真核生物的细胞如此复杂,功能如此强大,它们才能组成像人类一样的多细胞生物。而原核生物就做不到这一点。因此,如果真核生物不曾出现的话,人类也就无从谈起了。

  多年以来,人们一直认为简单生命和复杂生命之间存在一条清晰的界限。但后来一名科学家证明了地球上还存在其它的生命形式。上世纪60年代末,美国微生物学家卡尔·乌斯(Carl Woese)对微生物的DNA序列展开了研究,分析它们之间是否存在某种联系。乌斯发现,有一个基因是所有微生物所共有的,并对该基因的不同变种进行了比较。结果发现,拥有相似变种的微生物本身之间也存在密切的联系。通过这种方法,他绘制了一幅包含所有已知微生物的“家族树”。

  乌斯的分析显示,原核生物主要分为两类。除细菌之外还有另一类原核生物,他将其称为“古细菌”(archaea)。和细菌类似,古细菌也是细胞结构较为简单的单细胞生物。它们的外观与细菌相似,但基因则有天壤之别。古细菌广泛存在于世界各地,许多都可以在极端条件下存活,如沸水中等等。

  乌斯的家族树将生物分成了三类:细菌、古细菌和真核生物。1977年,他将研究结果发表在了期刊《PNAS》(美国国家科学院院刊)上。由于研究成果具有革命性意义,乌斯登上了《纽约时报》的封面。受到乌斯观点的启发,科学家们纷纷开始研究真核生物的起源之谜。真核生物是三种主要生物中出现时间最短的。细菌和古细菌的历史可以追溯到30亿年前,而真核生物约20亿年前才出现。

  但其中的过程和原因究竟是什么呢?真核生物是否从细菌、或古细菌演变而来?真核生物的细胞又为什么比其它两种生物大那么多呢?也许最关键的线索埋藏在真核生物细胞的线粒体中。这些香肠状的细胞器是细胞的能量之源,没有了它们,真核细胞就不可能长得这么大。

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