Nature：意外！一种阿斯加德古菌竟具有肌动蛋白细胞骨架

地球上的复杂有机体是如何产生的？这是生物学中一个悬而未决的大问题之一。如今，在一项新的研究中，奥地利维也纳大学的Christa Schleper团队和瑞士苏黎世联邦理工学院的Martin Pilhofer团队距离这个问题的答案更近了一步。他们成功地培养了一种特殊的古菌，并使用显微镜方法更精确地描述了它的特征。这种阿斯加德古菌（Asgard archaeon）成员表现出独特的细胞特征，并可能代表了更复杂的生命形式（如动物和植物）在进化上的“缺失环节”。相关研究结果于2022年12月21日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Actin cytoskeleton and complex cell architecture in an Asgard archaeon”。

地球上的所有生命形式被分为三个主要领域：真核生物、细菌和古菌。真核生物包括动物、植物和真菌等群体。它们的细胞通常要大得多，乍一看比细菌和古菌的细胞更复杂。例如，真核生物的遗传物质被包装在细胞核中，细胞还有大量的其他区室。

真核细胞内的细胞形状和运输也是以广泛的细胞骨架为基础。但是，进化到如此复杂的真核细胞是怎么来的？

目前的大多数模型认为，古菌和细菌在真核生物的进化中起着核心作用。真核细胞的原始细胞被认为是由大约20亿年前的古菌和细菌之间的紧密共生关系演变而来。2015年，对深海环境样本的基因组研究发现了所谓的“阿斯加德古菌”群体，它们在生命树上代表了真核生物的近亲。2020年，一个日本团队从浓富集培养物中发表了阿斯加德古菌细胞的第一张图片。

从海洋沉积物中培养的阿斯加德古菌

Schleper团队如今首次成功地较高浓度地培养出了这个古菌群体的一个代表。它来自斯洛文尼亚皮兰海岸的海洋沉积物，但它也存在于奥地利维也纳多瑙河沿岸的沉积物。

由于它生长到较高的细胞密度，这种代表性的阿斯加德古菌可以被研究得特别好。论文共同第一作者、Schleper团队博士后Thiago Rodrigues-Oliveira报告说，“要在实验室中获得这种极其敏感的有机体的稳定培养物是非常棘手和费力的。”

阿斯加德古菌有一种复杂的细胞形状，具有广泛的细胞骨架

Schleper团队在培养这种高度富集的代表性阿斯加德古菌方面取得了显著的成功，终于可以通过显微镜对它的细胞进行更详细的检查。Pilhofer团队使用现代低温电镜来拍摄快速冷冻细胞的图片。

Loki-B35的富集和培养。图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05550-y。

Pilhofer解释说，“这种方法能够对细胞的内部结构进行三维观察。”论文共同第一作者、Pilhofer团队的Florian Wollweber说，“阿斯加德古菌的细胞由圆形的细胞体组成，带有细长的、有时非常长的细胞延伸物。这些触角状结构有时甚至似乎将不同的细胞体相互连接起来。”Wollweber花了几个月在显微镜下追踪这种阿斯加德古菌的细胞。

这种阿斯加德古菌的细胞还包含一个广泛的肌动蛋白丝网络，这种结构被认为是真核细胞所特有的。这表明在第一个真核生物出现之前，古菌中就出现了广泛的细胞骨架结构，并为围绕生命史上这一重要而壮观的事件的进化理论提供了依据。

通过这种新的模式生物为未来提供新的见解

Schleper评论说，“我们的这种新的阿斯加德古菌，称为‘Lokiarchaeum ossiferum’，有很大的潜力为真核生物的早期进化提供进一步的突破性见解。我们花了六年之久才获得一种稳定的、高度富集的培养物，但是如今我们可以利用这一经验进行许多生化研究，也可以培养其他的阿斯加德古菌。”

此外，这些作者如今可以利用苏黎世联邦理工学院开发的新成像方法来研究阿斯加德古菌和它们的细菌伙伴之间的密切相互作用。今后还可以研究基本的细胞生物学过程，比如细胞分裂，以阐明这些机制在真核生物中的进化起源。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1. Thiago Rodrigues-Oliveira et al. Actin cytoskeleton and complex cell architecture in an Asgard archaeon. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05550-y.

2. Shedding light on the origin of complex life forms
https://phys.org/news/2022-12-complex-life.html