原来我们都是古菌和细菌的“爱情结晶”?|《自然》长文( 三 )

但那个祖先古菌会是什么类型的细胞?它又是如何与它的细菌伙伴相遇并融合的呢?
生物学家Lynn Margulis在1967年首次提出 , 真核生物是由一个细胞吞噬其他细胞所产生 。 大多数研究人员都同意存在某种意义上的吞入 , 但他们对吞入何时发生以及真核生物的内部区室是如何产生的有不同的看法 。 德国海涅大学的演化细胞生物学家Sven Gould说:“至今已有几十种模型经过测试 , 因为不再具有说服力而被逐渐淘汰 。 ”随着细胞生物学家对古菌的了解加深 , 还会有其他理论沉沉浮浮 。
许多模型认为 , 最终演变为真核生物的细胞 , 在遇到后来成为线粒体的细菌之前已经相当复杂 , 具有灵活的膜和内部区室 。 这些理论假设细胞已经发展出一种吞噬外部物质的方式 , 即所谓的吞噬作用(phagocytosis) , 这样它们就能一口吞下路过的细菌 , 改变命运 。 但Gould和其他人则认为线粒体是在早期获得的 , 随后它为造就更大更复杂的细胞提供了能量 。
Baum兄弟的模型 , 是少数解释了如何在没有吞噬的情况下产生线粒体的模型之一 。 1984年David Baum还是英国牛津大学的一名本科生时 , 首次提出了这个想法 。 他认为一开始古菌和细菌混在一起共享资源 。 古菌也许开始伸展和隆起其外膜 , 以提高营养交换的表面积 。 随着时间的推移 , 这些隆起可能延展和生长到细菌的周围 , 直到细菌多多少少包进了古菌里面 。 同时 , 古菌原有的外膜现在因为周围的长触须而变得不够看了 , 演化成了新核的边界 , 而当一些特别长的触须长到细胞边缘的时候形成了细胞的新外膜 , 与之前的古菌相比 , 细胞扩大了很多 。 这个过程与吞噬作用不同 , 因为它是从一个生物群落开始的 , 而且发生在很长的时间尺度下 , 而非一吞定乾坤 。

原来我们都是古菌和细菌的“爱情结晶”?|《自然》长文

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Nik Spencer/<em>Nature</em>;来源:B 。Baum &amp; D 。A 。Baum&nbsp;<em>BMC Biol 。 </em><strong>18</strong> ,72 (2020) 。
David Baum的导师告诉他这个想法很有创意 , 但缺乏证据 。 他于是把这事放下了 。 但他已经在牛津的定期家庭聚餐中和Buzz(当时还是个孩子)分享了他对生命科学的热爱 。 Buzz回忆说:“这是我进入生物学领域的原因之一 。 ”
2013年 , David决定将他的理论写出来 。 他给Buzz发消息 , 后者现在已经在管理自己的实验室并帮助进一步发展了这一理论 。 两人明确了几点支持他们想法的生物学证据 , 例如已发现古菌和细菌并存并交换营养物质 。 Baum兄弟为发表自己的观点颇费了一番周章 , 最终见刊于2014年的BMC Biology 。
Buzz回忆道 , 这个想法得到了热烈回应 , 尤其是细胞生物学家的回应 。 但在2014年 , David还是认为他们正确的可能性只有五成 。
然后 , 五年以后 , 意大利面和肉丸的图像出现了 。 Baum兄弟激动坏了 。
这是第一个从阿斯加德古菌种群中培养出来的古菌物种 。 这些生物体于2015年被发现 , 它们拥有基因可编码蛋白质 , 许多科学家认为其与真核生物的蛋白质非常相似<8> 。 研究人员很快怀疑 , 真核生物的古菌祖先和阿斯加德古菌相近 。 这一发现指向了一个可能的祖先 , 支持了Baum兄弟的假说 。
这种阿斯加德古菌目前还没有定名 , 目前暂被称为Candidatus ‘Prometheoarchaeum syntrophicum’ 。 这种古菌被置于生物反应器中 , 沿着一对微生物架汲取营养并生长 。 值得注意的是 , 它没有任何复杂的内膜 , 也没有任何迹象表明它有可能会吞噬这些同伴 。 它有三个系统可能与细胞分裂有关:相当于FtsZ的蛋白质;ESCRT;以及肌肉收缩肌动蛋白 , 它也有助于真核生物中的分裂 。 研究团队成员、日本产业技术综合研究所的微生物学家Masaru Nobu说 , 培养者还没有搞清楚它是用哪一种方式分裂的 。

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