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罕见原生生物的发现揭示了真核生物生命之树中一个此前未知的分支

更新时间:作者:小小条

在布拉格查理大学理学院的实验室深处,一次偶然的发现正在改写我们对生命演化史的理解。研究人员在长期培养的海洋样本中,意外发现了一种名为Solarion arienae的微小单细胞生物。这一发现不仅揭示了一个全新的真核生物超级群组——异形虫界(Disparia),更像是一枚穿越时空的时间胶囊,为科学家提供了窥探真核细胞早期演化的珍贵窗口。

这项发表在《自然》杂志上的突破性研究表明,地球上仍存在着大量未知的微观生命形式,它们隐藏在环境的角落里,携带着远古祖先的基因秘密,等待着被人类发现。

意外现身的"太阳"捕手

罕见原生生物的发现揭示了真核生物生命之树中一个此前未知的分支

Solarion arienae的发现过程充满了戏剧性。多年来,这种微小的生物一直潜伏在查理大学动物学系的海洋纤毛虫培养皿中,却因体型过小(仅几微米)而被忽略。直到有一天,培养皿中的大型纤毛虫意外大量死亡,原本处于生态位边缘的Solarion失去了竞争对手和捕食者,才得以大量繁殖并最终"现身"在显微镜下。

这种生物的形态极为独特,其名字"Solarion"(意为与太阳有关)便源于其外观。在静止状态下,它呈现出一种辐射状的构造,向四面八方伸出被称为"天体"(celestiosomes)的柄状细胞器,仿佛微缩的太阳光芒。这些独特的结构并非为了美观,而是精密的捕猎工具,专门用于捕捉细菌作为食物。研究人员利用先进的三维电子显微镜技术,详细解析了这些微观结构的复杂运作机制。

Solarion arienae 的形态和超微结构。图片来源:查理大学

除了标志性的"太阳"形态,Solarion在其生命周期中还会短暂地转化为一种罕见的鞭毛细胞形态。这种形态转换展示了其复杂的生存策略,且其鞭毛细胞的结构特征在现有的生物分类学中找不到任何相似的对应物,这进一步证实了其分类学上的独特性。

重绘生命之树的版图

通过对Solarion进行全基因组测序和深入的系统发育基因组学分析,查理大学的团队及其美国合作者得出了一个惊人的结论:这种生物不属于任何已知的真核生物主要谱系。

在漫长的演化历史中,Solarion似乎是一个孤独的幸存者。目前已知它唯一的近亲是一种名为Meteora sporadica的神秘原生生物。科学家将这两者共同归入一个新的分类单元——天界门(Caelestes)。更进一步,研究人员将天界门与此前发现的原虫门(Provora)和半鞭毛虫门(Hemimastigophora)合并,定义了一个全新的真核生物超级群组——异形虫界(Disparia)。

异形虫界的建立是近年来生物分类学上的重大事件。这意味着真核生物的生命之树上不仅多了一根树枝,而是多出了一个巨大的、古老的主干。尽管目前该群组下的已知物种寥寥无几,但它们很可能是一个曾经繁盛的古老家族的孑遗,代表着真核生物演化早期的一个重要分支。

这一发现挑战了我们对生物多样性的认知。尽管研究人员在全球环境DNA数据库(包含超过1.8PB的数据)中进行了地毯式搜索,Solarion的踪迹却几乎为零。然而,在特定的海洋沉积物样本序列中,它的信号却反复出现。这表明Solarion虽然分布全球,但极其罕见,属于生态系统中的"暗物质"。这也凸显了传统培养方法在宏基因组学时代依然不可替代的价值——如果不是偶然的培养成功,仅仅依靠基因测序,我们可能永远无法目睹这种生物的真容。

藏在线粒体中的远古秘密

对于进化生物学家而言,Solarion最令人兴奋的特征在于其细胞内部的能量工厂——线粒体。线粒体起源于一种被古真核生物吞噬的α-变形菌,经过数十亿年的演化,原始细菌的大部分基因都已经转移到了细胞核中或丢失了。

真核生物生命之树示意图,青绿色代表新发现的超群Disparia。图片来源:查理大学

然而,Solarion的线粒体却像是一个被封存的博物馆。研究发现,它保留了secA基因。这是一个源自细菌祖先的蛋白质转运系统组件,在绝大多数现代真核生物中早已消失。Solarion是目前已知极少数仍保留这一祖先分子工具包的真核生物之一。

这种独特的基因组合为科学家提供了一个前所未有的机会,使他们能够通过现存的生物样本,去推演和重建真核生物最后共同祖先(LECA)的线粒体代谢能力。通过研究Solarion如何利用这些古老的基因维持生存,科学家可以更清晰地描绘出真核细胞从简单的原核生物向复杂生命形式转变的关键步骤。

填补进化拼图的空白

该研究的主要作者Ivan Čepička教授和Marek Valt表示,Solarion的发现是一个强有力的提醒:人类对微生物世界的了解依然处于起步阶段。这个在演化史上占据重要地位的谱系,像活化石一样悄然生存了数亿年,直到今天才被人类揭开面纱。

Solarion和异形虫界的发现,填补了真核生物进化树上的一块巨大空白。它证明了真核生物的演化历史远比我们想象的要丰富和复杂。这些微小的生命体不仅是生态系统的一部分,更是记录地球生命演化史的微观档案。

随着基因测序技术和显微成像技术的进步,以及科学家对未被充分研究的生境(如深海沉积物、极端环境)的持续探索,未来或许会有更多像Solarion这样的"隐形"生物被发现。每一个新物种的出现,都可能像拼图的一块碎片,帮助我们最终拼凑出生命起源与演化的完整图景。

目前,科学界对Solarion及其近亲的研究才刚刚开始。科学家们期待通过进一步研究这一古老谱系的生理机制和生态功能,解开更多关于早期真核细胞如何捕食、运动以及与环境互动的谜团。这不仅是对生物学基础理论的补充,也可能为理解细胞生物学的基本原理提供新的视角。

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