从衣原体中捕获基因允许复杂的生活在没有氧气的情况下生活


从沉积物核心分析沉积物核心的汇集。在Geobiology Expectition中心的挪威语 - 格陵兰岛上的所谓的r / v G.O. SARS中,用所谓的r / v G.O. SARS收集样品。信用Michel Melcher

一支国际研究人员队发现了一群新的衣原体 - anoxychlamydiales - 生活在没有氧气的海底下。

这些衣原体的基因允许它们在没有氧气的情况下生存,同时制造氢气。研究人员发现,我们的单细胞祖先从20亿年前的古老衣原体“捕捉”到这些产生氢的基因,这一事件对今天所有复杂生命的进化都至关重要。研究结果发表在《科学进展》杂志上。

地球上的生命可以分为两大类:真核生物(如植物、动物、真菌、变形虫)和原核生物(如细菌和古细菌)。与相对简单的原核细胞相比,真核细胞具有复杂的细胞组织。几十年来,这种复杂的细胞是如何进化的一直困扰着科学家们。关于真核生物进化的普遍假设涉及两个原核生物的合并或共生,一个古生菌和一个细菌,近20亿年前,在缺氧的环境中。科学家们认为,这些微生物通过交换营养物质,在没有氧气的情况下相互合作生存。虽然我们不知道这些营养物质是什么,但许多科学家认为氢可能是答案。

为了找到这个20亿岁的谜团的答案,科学家们看看现代原核生物和真核生物的基因组,以找到生活的基因,没有氧气的氧气和营养代谢。像化石一样,基因组占据了他们祖先的进化史的线索。在我们的细胞中,我们有一个专门的工厂,称为细胞的线粒体或强国 - 这有助于我们使用我们呼吸的氧气和我们吃的糖来使能量。然而,一些线粒体能够通过产生氢气而没有氧的能量。由于氢已经提出是真核生物起源的重要营养素,因此科学家认为氢气产量存在于20亿历史的伙伴之一:古龙或细菌中。但是,目前的数据没有证据表明。

在《科学进展》(Science Advances)上发表的一篇文章中,一个由国际研究人员组成的团队在海底从一种新发现的衣原体(Anoxychlamydiales)中意外发现了这些基因的来源。无氧衣原体在没有氧气的情况下生存,并且拥有产生氢的基因——这是衣原体从未发现过的特征。研究人员惊讶地发现,衣原体产生氢的基因与真核生物中发现的非常相似。这有力地说明了古衣原体在真核生物进化过程中贡献了这些基因。

“在我们的研究中,我们确定了真核生物如何获得产生氢的基因的第一个证据,而且它来自一个完全意想不到的来源!”瑞典乌普萨拉大学的博士后研究员、共同第一作者Courtney Stairs说。来自乌普萨拉大学的博士生、共同作者jenah Dharamshi补充道:“我们发现了新的证据,证明真核生物基因组具有嵌合进化历史,不仅来自古细菌和线粒体,也来自衣原体。”

“了解氢代谢来自真核生物的识别,这对于获得进展的20亿历史的祖先的洞察力是重要的,”Wageningen大学教授,荷兰研究教授和国际团队的协调员研究人员。“多年来,我认为,如果我们发现了真核氢代谢的那里,我们将更清楚地了解真核生物如何发展 - 但是,发现这些基因可能来自衣原体筹集了更多问题”,考特尼楼梯补充道。

真核生物是如何获得这些基因的?

“我们知道,在一个称为‘基因转移’的过程中,微生物经常彼此共享基因。我们可以通过构建每个基因的家谱并寻找它们的进化模式来发现这些转移事件。”Courtney Stairs解释道。今天,参与最初共生关系的古菌的近亲是阿斯加德古菌。这些古菌也可以在海底发现,那里是缺氧衣原体的居住地。“阿斯加德古菌和缺氧衣原体都生活在海底,那里没有氧气,”Thijs Ettema解释说,“它们的共存可能使基因在这些微生物的祖先之间转移。”

寻找可以没有氧气的衣原体本身就具有重要意义。这些细菌通常被称为人类和其他动物的病原体,即使它们也可以感染诸如Amoeba的单细胞真核生物。所有已知迄今为止的衣原体生活在真核细胞内。

“发现衣原体可能会没有氧气,产生氢气,和生活在真核生物挑战我们之前观念”说Jennah Dharamshi,“我们的研究结果表明,披衣菌可能是海底生态系统的重要成员,也许所有的衣原体并不坏。”

Courtney W.楼梯和Jennah E. Dharamshi等。(2020);“真核进化期间对厌氧代谢的衣原体贡献“,科学推进2020年8月26日;

天体生物学

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