科學家首次成功生長這神祕生物 能解開地球祖先之謎

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2010年,科學家對北冰洋採集的沉積物岩心進行DNA分析時,發現了一種從未見過的生物,這微生物屬於古菌域(Archaea),但又與完全不同域的真核生物(Eukaryota)有相同的基因特徵。他們將這發現命名為「洛基古菌」(Lokiarchaeota),因為它是在格陵蘭島附近的洛基城堡(Loki’s Castle)熱液噴口後被發現的。

但有科學家懷疑樣品是否被岩心的其他東西給污染了?不過,日本科學家第一次隔離出了洛基古菌,並在實驗室中培養,也平息了那些懷疑。

研究人員第一次可以研究活生生的洛基古菌,並與它進行密切的互動,這能夠幫助我們找到我們在這地球上的第一個祖先。 他們的研究已發表在bioRxiv上,並等待同行評審。

生命之樹的基礎分為三個領域: 其中一個被細菌佔據,它們是單細胞的微生物,沒有細胞核或與細胞膜連結的細胞器,它們揮動鞭毛(flagella)四處移動。 另一種是真核生物,它的細胞有細胞核和細胞膜,該領域包括我們人類、動物、植物和藻類。最後是古菌,它們很像細菌,因為它們缺乏細胞核和與細胞膜連結的細胞器,並且使用鞭毛來移動。 但是最大的不同是,他們的分裂的方式不同,他們的細胞壁由稍微不同的東西組成,而且它們的RNA不同,足以在緣演化樹(phylogenetic tree)上區別它們。

不過,出現了洛基古菌,其他具有真核生物特徵的古菌標本被命名為索爾古菌(Thorarchaeota)、奧丁古菌(Odinarchaeota)和海姆達爾古菌(Heimdallarchaeota)。它們被稱為阿斯嘉古細菌(Asgard archaea),一些科學家認為它們可能是真核生命的起源,可能是在阿斯嘉古細菌吞噬了一種細菌之後發生的。

不過,如果不隔離這生物進行研究的話,很難得到答案。 日本科學家2006年從南海槽(Nankai Trough)海平面下2533米(8310英尺)取得沉積物岩心。這是任何人知道阿斯嘉古細菌的存在之前。 後來,科學家對樣品進行RNA分析才發現存在洛基古菌。

一般的細菌群通常花半小時就能雙倍成長,但洛基古菌需要花20天。日本科學家花了整整12年的時間研究它,研究人員將他們培養的微生物命名為Prometheoarchaeum syntrophicum,這是以古希臘神話中用粘土創造人類的泰坦普羅米修斯所命名。

他們做了幾項驚人的發現,首先,Prometheoarchaeum只能在有一種或兩種其他微生物也在的情況下才能生長,那兩種微生物是產甲烷菌屬(Methanogenium)和細菌Halodesulfovibrio。 當Prometheoarchaeum將胺基酸分解成食物時,它會產生氫氣,給其他微生物吃。

實驗顯示,如果讓氫氣保持在那,會進一步阻礙Prometheoarchaeum已經很緩慢的生長,這表示古菌與其他微生物有共生關係,在這種情況下是同步的,這表示一個物種或兩者的生長取決於另一個吃什麼。

當在電子顯微鏡下檢查這生物時,它展現出一種不尋常的形狀,長的觸鬚從它的身體中萌發,它的伴侶微生物會依偎著它。 研究人員假設,當地球上的氧氣開始增加時,這種生物體可能轉變為與使用氧氣的細菌建立關係,增加生存機會,並開始變成真核生命。DNA定序也顯示了其他阿斯嘉古細菌有真核生命的特徵。

瓦赫寧恩大學的進化微生物學家Thijs Ettema表示,「這是一篇重大的論文,反映出大量的工作與堅持。這是理解這重要譜系很重要的一大步。」

該研究可在bioRxiv上閱讀。

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