复杂细胞源于微生物“渐进联盟”

来源：科技日报

科技日报记者 张梦然

最近刊发于《自然》杂志的一项研究，碘伏了以往我们对复杂细胞起源的认知——这事儿，还真有那么点科幻色彩。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，通过漫长的计算模拟，给出了一个出人意料的答案：动物、植物、真菌等所有真核细胞的共同祖先，并不是一次简单的“共生事件”就能说清楚的。相反，它更像是一场跨越数百万年的大派对，靠的是多种微生物的“渐进联盟”。

说来也巧，搞懂生物是什么、从哪来，这个根本性问题，答案或许就藏在那些看不见的微观世界里。

长期以来，业内普遍认为真核细胞诞生的关键转折点，就是一个古菌吞掉了一个细菌，随后细菌变成了线粒体，从而引爆了细胞的复杂性。但新研究告诉我们，故事的主角远不止这两位，还有其他细菌群体甚至巨型病毒都参与了这场古老的“基因合作”。

由于真核生物起源的时间轴——大约20亿年前的微观世界，没有留下直观的化石证据，团队只好走了一条旁门左道：用“计算分子考古学”的方法。他们借助超算的强悍算力，把海量公共基因组数据翻了个底朝天，先是重构了所有真核生物最后共同祖先的基因和蛋白质家族，再把这套“家谱”与数万个细菌、古菌和病毒基因组逐一比对，试图拼出真相的原貌。

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，研究还有两大发现：黏细菌和浮霉菌。黏细菌对脂质代谢和细胞膜功能贡献卓著；而浮霉菌呢，则以拥有类似真核细胞的内部区室结构闻名——好比生物界的“户型设计师”。分析还揭示，这些贡献并不是同时发生的：浮霉菌的信号更古老，就像一张泛黄的老照片；而黏细菌和线粒体祖先的信号则更靠近现代。

这一发现描绘了一幅完全不同于以往的场景：早期真核细胞的祖先，生活在一个微生物群落异常丰富的生态系统中，比如那种分层共存的微生物席。在这些迷你宇宙里，不同微生物间频繁地进行基因交换，让早期真核细胞像海绵吸水一样，逐步获得新的生物学能力。这就像一场永不停歇的基因互助小组。

最令人意外的发现，当属巨型病毒的参与。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，似乎源自这些巨人病毒。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。听起来就像是一位不速之客成了关键桥梁。

总编辑圈点

这项研究用“渐进联盟”取代了“一次共生”的传统视角，让真核细胞的起源更像一部曲折的“合作史诗”，而非闪电战。这种视角的转换意义深远：它提醒人们，复杂的生命形式并非某个单一事件造就，而是漫长“联姻”与相互适应的结果。生物到底是什么？答案或许不再是独立的个体，而是一个由不同演化角色共同构筑的、动态的联盟。当然，这项基于计算模型的推论还需要更多证据的检验，但它无疑为我们理解生命的起源，打开了一扇极具想象力的窗户。