复杂细胞源于微生物“渐进联盟”

一项发表于最新一期《自然》杂志的研究，颠覆了关于复杂细胞起源的传统认知。西班牙巴塞罗那生物医学研究所和巴塞罗那超级计算中心联合团队发现，动物、植物、真菌等所有真核细胞的共同祖先，并非仅源于一次简单的共生事件，而是源于一个长达数百万年、涉及多种微生物的“渐进联盟”的作用。团队认为，这项研究等于在回答一个根本性问题：生物是什么以及从哪里来。

图片来源：AI生成

长期以来，学界普遍认为真核细胞诞生的关键转折点是某个古菌吞噬了一种细菌，后者演变为线粒体，从而催生了细胞的复杂性。但新研究认为，故事的主角不止两个，还有其他细菌群体甚至巨型病毒都参与了这场迸老的“基因合作”。

由于真核生物起源于约20亿年前的微观世界，但缺乏直接化石证据。于是研究团队采用了一种“计算分子考古学”的方法。他们借助超算的强大算力，分析了海量公共基因组数据，首先重构了所有真核生物最后共同祖先的基因和蛋白质家族，再将其与数万个细菌、古菌和病毒基因组进行比对，追溯其进化源头。

经过5年多的建模与分析，团队捕捉到了极其微弱的进化信号。除了已知的线粒体祖先细菌外，研究还识别出两个尤为重要的细菌贡献者：黏细菌和浮霉菌。前者与脂质代谢和细胞膜功能相关，后者则以拥有类似真核细胞的内部区室结构而闻名。分析表明，这些贡献并非同时发生：浮霉菌的信号更为古老，而黏细菌和线粒体祖先的信号则更接近现代。

这一发现描绘了一幅不同于以往的图景：真核细胞的祖先生活在富含微生物群落的生态系统中，例如分层共存的微生物席。在这些环境中，不同微生物之间频繁发生基因交换，使得早期真核细胞随时间推移逐步获得了新的生物学能力。

研究中最令人意外的发现是巨型病毒的参与。这类病毒的基因组远超普通病毒，通常感染单细胞真核生物。数据显示，真核生物早期进化中整合的部分基因，似乎源自这些巨型病毒。它们可能充当了同一生态系统中不同微生物间遗传物质的运输载体，从而促进了真核基因组的组装。