Nature:深圳大学李猛将这些阿斯加德古菌命名为悟空

2021-05-03 07:42 来源:澎湃新闻·澎湃号·湃客

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原创 生物世界 生物世界 收录于话题#科学新知97个撰文 | 王聪
编辑 | nagashi
排版 | 水成文
近年来,漫威超级英雄电影火遍全球,相信很多人跟我一样幻想过孙悟空放到漫威宇宙中能否比肩雷神,吊打灭霸?
实际上漫威还真的有以孙悟空为原型的超级英雄——美猴王,初次登场于《钢铁侠2.0》第5期(2011年7月)。而就在本月初,漫威宣布将把孙悟空搬上大荧幕,拍摄真人电影美猴王。
一个是北欧神话中的雷神,一个是中国神话中的美猴王,没想到我们在大荧幕上看到二者同框之前,现在 Nature 论文里看到了他们的梦幻联动。
2021年4月28日,深圳大学高等研究院李猛教授团队与美国国立卫生研究院 Eugene Koonin 团队合作,在国际顶尖学术期刊 Nature 发表了题为:Expanded diversity of Asgard archaea and their relationships with eukaryotes 的研究论文。
研究团队对阿斯加德古菌的162个完整或几乎完整的基因组进行了比较分析,其中包括75个之前未报道的由宏基因组组装的基因组,大大扩展了阿斯加德古菌的系统发育多样性。基于这些分析,研究团队将阿斯加德古菌从原有的6个门增加到12个门,并将其中一个门命名为悟空古菌(Wukongarchaeota)。让中国古代神话与北欧神话来了一次联动。在列文虎克发明显微镜之前,人们一度认为生物只有两类:植物和动物。随着列文虎克用显微镜观察到了微生物,一个新世界的大门被打开了,原来我们生活的环境中充满着无数肉眼不可见的微生物。
随着显微技术的进步,人们观察到了越来越多的细菌,此时,生物学家把细胞生命分成了两大类:真核生物(拥有膜结构的细胞核和细胞器)和原核生物(没有细胞核和膜结构细胞器)。此时细菌是人们知道的唯一的原核生物。
20世纪70年代,科学家发现了一类全新的生命形式——古菌。古菌是单细胞微生物,它们没有细胞核及与任何其他膜结合细胞器,虽然形态上与细菌很像,但基于分子生物学的研究表明,古菌在进化上更接近真核生物,古菌应属于一种全新的生命形式。
三域系统
基于这些发现,卡尔·乌斯(Carl Woese)在1977年提出,并于1990年修正了新的细胞生命形式分类——三域系统。该系统将细胞生命分为三大类:细菌域(Bacteria)、古菌域(Archaea)和真核域(Eukarya)。
该系统认为,生命之树很久以前就分化成三个主要的树干(域)。一根树代表了现代细菌;另一根代表了古菌,第三根代表了真核生物。三域系统
双域系统
但“三域系统”一直存在争议,20世纪80年代,加州大学洛杉矶分校进化生物学家詹姆斯·莱克(James Lake)提出,真核生物是古菌的姐妹,这个想法演变成了”双域系统“。双域系统认为,真核生物是从古菌的分支演化而来
如今,科学界公认真核生物起源于”内共生“,内共生学说认为,一个简单的宿主细胞吞噬了一个细菌,二者建立了互利关系,最终被吞噬的细菌进化成了产生能量的线粒体,形成了现在所知的真核生物。
但是,三域系统的支持者和双域系统的支持者在吞噬细胞的性质上产生了严重的分歧。三域系统的支持者认为吞噬细胞是一种原始真核生物,既不是现代古菌也不是现代真核生物。双域系统的支持者认为吞噬细胞就是一个古菌,因此真核生物都是这个古菌的分支。
虽然存在着争议,但三域系统占据了主流。
近年来,基因测序和分析技术的进步,让古菌的分类数量快速增加,这也让三域系统和双域系统之争再起波澜。
进化生物学家利用最新的强大建模技术,创造了一个进化树森林,详细描述了古菌家族之间的关系。在许多情况下,分析结果都将真核生物置于古菌域中。但许多科学家认为,这些结论还是缺乏足够的数据支持。
阿斯加德古菌的发现
2015年,瑞典乌普萨拉大学的进化微生物学家 Thijs Ettema 领导团队在 Nature 杂志发表论文,他们发现并解析了一种全新的古菌——洛基古菌(Lokiarchaeota)的DNA序列。
在此之后,陆续发现了多个与洛基古菌有关的新古菌,分别命名为索尔古菌(Thorarchaeota)、奥丁古菌(Odinarchaeota)、海姆达尔古菌(Heimdallarchaeota)、海拉古菌(Helarchaeota)、葛德古菌(Gerdarchaeota)。
科学家们以北欧神话中的神域阿斯加德(Asgard)命名这些新发现的古菌总门。争论还将继续
阿斯加德古菌的尺寸很小,但事实证明它们的本事可不小,它们的出现,重新激起了生命域真实数量,以及真核生命起源的争论。
阿斯加德古菌中包含与真核生物类似的基因,例如洛基古菌,被发现具有真核生物的标志性蛋白肌动蛋白,通过对它们DNA的深入分析,表明所有的现代真核生物来自同一个古菌群。如果真是这样的话,基本上所有复杂的生命,从绿藻到巨大的蓝鲸,它们最初都来自古菌。
李猛团队的这项研究,尚不能真正明确真核生物和阿斯加德古菌之间的进化关系,但这项研究大大扩展了阿斯加德古菌的系统发育多样性,同时揭示了阿斯加德古菌相比其他古菌拥有更多真核生物标志性蛋白。提示了真核生物的祖先可能比已知的阿斯加德古菌积累了更多的真核生物成分,并最终产生了真核生物样细胞(可能是通过与一种或多种细菌共生产生的)。
说明:本文所讨论的均为细胞生命的分类,病毒没有细胞结构,不在本文讨论范围内。
题图来自电影《大圣归来》
论文链接:
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03494-3
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