从陆地到海洋 ， 所有细胞都有一个共同点：它们通过细胞分裂来增殖 。 这发生在地球上所有细胞生物的共同祖先身上 ， 但随着生物体适应生态位 ， 这一过程开始出现差别 。
研究人员可以通过这些分化来探索演化 。 所有细胞生命形式共有的机制 ， 即为从最早的始祖细胞继承而来的生理机制 。 相比之下 ， 只有古菌和真核生物共有的系统 ， 或者仅细菌和真核生物共有的系统 ， 则暗示了哪个亲本提供了真核细胞生理学的各种成分 。 例如 ， 将真核细胞与外界环境分隔的柔软的膜近似于细菌的膜 。
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一些古菌物种在黄石国家公园大棱镜温泉滚烫的热水中茁壮成长 。 来源：Getty
Duggin研究古菌Haloferax volcanii的细胞分裂 。 这种古菌喜欢死海那样的咸水环境 ， 而非它名字所暗示的火山环境（它是以微生物学家Benjamin Elazari Volcani的名字命名的） 。 虽是嗜极生物 ， 但H 。volcanii在咸水培养基中极易培养 ， 而且它那大而平的细胞也便于在显微镜下观察分裂过程 。
尽管细菌、真核生物和古菌之间存在巨大差异 ， 但它们的细胞分裂系统却是共通的 。 在细菌中 ， 一种叫做FtsZ的蛋白质会在未来细胞分裂位置形成环 。 Duggin和同事在H 。volcanii中观察到了同样的现象 。 这么看来 ， FtsZ蛋白质似乎存在于进化树底层的生物中 。
古菌也让其他古老的蛋白质浮出了水面 。 其中一个是SepF ， Albers的研究小组已经发现这种蛋白质对H 。volcanii分裂至关重要 。 巴黎巴斯德研究所的演化生物学家Nika Pende说 ， 它和FtsZ一起 ， 可能是细胞分裂的原始“最小系统”的一部分 。 Pende分析了编码FtsZ和SepF的基因在各种微生物中的分布 ， 并一直追溯到所有现生细胞的最后普遍共同祖先 。
然而在演化的某个阶段 ， 一些古菌的分裂受另一组不同的蛋白质控制 。 这是Buzz Baum的最新研究 。 他的小组一直在研究Sulfolobus acidocaldarius（嗜酸热硫化叶菌） 。 这种古菌“名副其实” ， 喜欢酸和热的环境 。 实验室成员需要佩戴园艺手套 ， 以防触碰到它们生活的酸性液体 ， 研究人员还建了一个特殊房间避免冷点或蒸发 ， 才能在显微镜下观察它的分裂 。
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科学家们正在研究<em>Sulfolobus</em>（左）、<em>Halobacterium</em>（中）和<em>Methanosarcina</em>（右）等古菌如何生长和分裂 ， 以阐明复杂细胞的演化 。 来源：（左）Eye of Science/SPL；（中和右）Denis Kunkel Microscopy/SPL
Baum的团队发现了一组完全不同的管理分裂环的蛋白质 。 这些蛋白质首次发现于真核生物中 ， 在真核细胞中它们不仅仅参与分裂 ， 而是有更广泛的作用——在细胞各处将膜分开 ， 形成膜包裹的囊泡 ， 以及其他小容器 。 这些蛋白质被称为转运必需内体分选复合物（ESCRT） 。 在S 。acidocaldarius中 ， Baum的团队发现了与这些管理分裂环的“通用钳”相关的古菌蛋白 ， 这表明ESCRT的早期版本在真核生物的古菌祖先中演化 。
同时 ， FtsZ演化成真核细胞的微管蛋白 ， 使我们的细胞具有结构 。 这些发现表明 ， 真核生物的古菌祖先可能有一套塑造和分裂细胞的工具 ， 而后自然选择使其适应了更复杂的后代细胞的需要 。
遥望祖先
【原来我们都是古菌和细菌的“爱情结晶”？|《自然》长文】
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