地球上復雜的生物是如何產生的?這是生物學中一個懸而未決的大問題。維也納大學的克里斯塔·施勒珀(Christa Schleper)和蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zurich)的馬丁·皮爾霍費爾(Martin Pilhofer)的工作組合作，向答案又近了一步。研究人員成功培育了一種特殊的太古菌，并使用顯微鏡方法更精確地描述了它的特征。這種阿斯加德古菌的成員表現出獨特的細胞特征，可能代表了進化中更復雜的生命形式(如動物和植物)的“缺失環節”。這項研究最近發表在《自然》雜志上。  

地球上所有的生命形式被分為三個主要領域:真核生物、細菌和古細菌。真核生物包括動物、植物和真菌。它們的細胞通常要大得多，乍一看比細菌和古細菌的細胞更復雜。例如，真核生物的遺傳物質被包裝在細胞核中，細胞也有大量的其他隔室。真核細胞內的細胞形狀和運輸也基于廣泛的細胞骨架。但是進化到如此復雜的真核細胞是如何發生的呢?

目前大多數模型都假設古生菌和細菌在真核生物的進化中發揮了核心作用。真核生物的原始細胞被認為是大約20億年前由古細菌和細菌之間的密切共生進化而來的。2015年，對深海環境樣本的基因組研究發現了所謂的“Asgard archaea（阿斯加德古菌，生物通注）”，在生命樹中，它是真核生物的近親。2020年，一個日本小組從濃縮培養中發布了第一張“阿斯加德”細胞的圖像。

從海洋沉積物中培養的阿斯加德古菌  

維也納大學的Christa Schleper的工作小組現在第一次成功地在更高的濃度上培養出了這個小組的代表。它來自斯洛文尼亞皮蘭海岸的海洋沉積物，但也是維也納的居民，例如在多瑙河的岸邊沉積物中。由于它生長到高細胞密度，這個代表可以特別好地研究。維也納大學古生菌工作組博士后、該研究的第一作者之一蒂亞戈·羅德里格斯-奧利維拉(Thiago rodriguez - oliveira)說:“在實驗室的穩定培養中獲得這種極其敏感的生物體非常棘手和費力。”

阿斯加德古菌具有復雜的細胞形狀和廣泛的細胞骨架  

維也納小組在培養高濃縮的阿斯加德代表細胞方面取得了非凡的成功，最終允許用顯微鏡對細胞進行更詳細的檢查。馬丁·皮爾霍弗(Martin Pilhofer)團隊的ETH研究人員使用現代冷凍電子顯微鏡拍攝了沖擊冷凍細胞的照片。“這種方法可以對細胞內部結構進行三維觀察。”“這些細胞由圓形細胞體組成，細胞延伸很薄，有時很長。這些觸手狀的結構有時甚至似乎連接著不同的細胞體，”弗洛里安·沃韋伯說，他花了幾個月的時間在顯微鏡下追蹤細胞。這些細胞還含有廣泛的肌動蛋白絲網絡，被認為是真核細胞所特有的。這表明，在第一批真核生物出現之前，古生菌中就出現了廣泛的細胞骨架結構，并為圍繞這一生命歷史上重要而壯觀事件的進化理論提供了動力。

通過新的模式生物對未來的洞察  

微生物學家Christa Schleper評論說:“我們的新生物被稱為Lokiarchaeum ossiferum，它有很大的潛力為真核生物的早期進化提供進一步的開創性見解。”“我們花了六年的時間才獲得穩定和高度富集的培養物，但現在我們可以利用這一經驗進行許多生化研究，并培養其他阿斯加德古菌。”此外，科學家們現在可以使用ETH開發的新成像方法來研究，例如，阿斯加德古菌與其細菌伙伴之間的密切相互作用。未來還可以對細胞分裂等基本細胞生物學過程進行研究，以闡明真核生物中這些機制的進化起源。

文章標題

Actin cytoskeleton and complex cell architecture in an Asgard archaeon.