神秘微生物阿斯加德古菌揭开复杂生命起源的神秘面纱

神秘微生物阿斯加德古菌揭开复杂生命起源的神秘面纱在发表于《自然》（Nature）杂志的一项新研究中，科学家们研究了微生物阿斯加德古菌的基因构成，它们在单细胞生物向多细胞生物的过渡中发挥了关键作用。"这些阿斯加德古菌可以帮助我们更多地了解我们的单细胞祖先，以及复杂生命是如何进化的。"隆德大学生物学研究员考特尼-斯塔尔斯（CourtneyStairs）说："可能是几种单细胞生物--包括现代阿斯加德古菌的一种亲戚--共生的结果。"这项研究表明，阿斯加德古菌中的一些蛋白质与以前被认为是数百万年后在地球上发展起来的更复杂生命形式所特有的蛋白质有关。通过对数百种蛋白质的分析，研究人员能够确定更复杂的真核生物起源的整个基因分支的基因构成。根据这项最新研究，所有复杂生命形式（又称真核生物）的根源都可以追溯到一群名为阿斯加德古菌的微生物的共同祖先。资料来源：德克萨斯大学奥斯汀分校"我们的发现完善了我们对远古单细胞祖先的理解，并帮助我们从单细胞生物中区分出我们的独特特征。真核生物的发展提出了细胞如何合作和进化的问题，"CourtneyStairs说。阿斯加德古菌以北欧神话中的阿斯加德王国命名，因为最早的发现是在大西洋洛基斯城堡附近的沉积物中发现的。研究人员认为，这些微生物的祖先生活在温度适中的环境中，并依赖各种营养来源。考特尼-斯泰尔斯（CourtneyStairs）认为，我们可以从生物的DNA中了解到很多信息。"这项研究是一个典型的起源故事，旨在回答进化生物学中的一个重大问题--真核生物从何而来？"CourtneyStairs说："我们的研究结果挑战了人们对复杂生命形式起源的传统认识，并在揭开进化之谜的过程中凸显了阿斯加德一脉。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1375331.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1375331.htm

科学家发现复杂生命起源的新线索：我们都是阿斯加德人

科学家发现复杂生命起源的新线索：我们都是阿斯加德人用生物进化论者的话来说，这意味着真核生物是阿斯加德古菌中的一个"嵌套良好的支系"，就像鸟类是恐龙这个更大群体中的几个族群之一，有着共同的祖先一样。研究小组发现，在阿斯加德古菌中，所有真核生物都有一个共同的祖先。根据这项最新研究，所有复杂生命形式（又称真核生物）的根源都可以追溯到一群名为阿斯加德古菌的微生物的共同祖先。资料来源：德克萨斯大学奥斯汀分校在距今约20亿年之前，还没有发现真核生物的化石，这表明在此之前，只有各种类型的微生物存在。UT奥斯汀分校综合生物学和海洋科学副教授布雷特-贝克（BrettBaker）说："那么，是什么事件导致微生物进化成真核生物呢？这是一个大问题。拥有这个共同的祖先是理解这个问题的一大步。"在荷兰瓦赫宁根大学ThijsEttema的领导下，研究小组确定了生命树上与所有复杂生命形式最亲近的微生物，即新描述的Hodarchaeales（简称Hods）。Hods发现于海洋沉积物中，是更大的阿斯加德古菌群中的几个亚群之一。阿斯加德古菌进化于20多亿年前，它们的后代现在仍然活着。其中一些已在世界各地的深海沉积物和温泉中被发现，但迄今为止，只有两个菌株能在实验室中成功培育。为了识别它们，科学家从环境中收集它们的遗传物质，然后拼凑它们的基因组。根据与其他可在实验室培育和研究的生物的基因相似性，科学家们可以推断出阿斯加德人的新陈代谢和其他特征。贝克实验室的研究员瓦莱丽-德-安达（ValerieDeAnda）说："想象一下一台时光机，不是去探索恐龙或古代文明的领域，而是深入到可能引发复杂生命曙光的潜在代谢反应中去。我们研究的不是化石或古代文物，而是现代微生物的基因蓝图，以重建它们的过去。"这项研究分析的部分微生物是利用阿尔文号深海潜水器采集的，图为2018年11月在瓜伊马斯盆地的采集之旅。图片来源：BrettBaker研究人员扩大了已知的阿斯加德基因组多样性，增加了50多个未被描述的阿斯加德基因组作为建模输入。他们的分析表明，所有现代阿斯加德人的祖先似乎都生活在炎热的环境中，以消耗二氧化碳和化学物质为生。与此同时，与真核生物亲缘关系更近的霍奇菌在新陈代谢方面与我们更相似，它们吃碳并生活在更凉爽的环境中。德安达说："这真是令人兴奋，因为我们第一次看到了产生第一批真核细胞的祖先的分子蓝图。"在北欧神话中，霍德（Hod，也可拼写为Höd、Höðr或Hoder）是一个神，是奥丁（Odin）和弗里格（Frigg）的盲儿子，他被骗杀死了自己的亲兄弟鲍德尔（Baldr）。贝克说："我在演讲中一直开玩笑说'我们都是阿斯加德人'。现在这句话很可能会出现在我的墓碑上。""对我来说，最令人兴奋的事情是，我们开始看到从生物学家认为的古细菌向更像真核生物的Hodarchaeales过渡。另一种说法是，这些Hods是我们在古生物世界中的姊妹群。"贝克说，在所有古细菌中，阿斯加德人是产生真核生物的，这是有道理的。与真核生物一样，阿斯加德古菌成员的基因组中也有许多具有多个拷贝的基因。在真核生物中，当基因发生复制时，新的拷贝往往具有新的功能，赋予生物新的能力。这是进化的主要驱动力之一。"我们不知道这些阿斯加德人的基因复制具体导致了什么。但我们知道，在真核生物中，基因复制导致了新的功能和细胞复杂性的增加。因此，我们认为这也是阿斯加德导致真核生物创新的方式之一。"研究古菌的科学家发现了许多曾被认为是真核生物独有的蛋白质。这就提出了一个问题：这些真核蛋白质在古细菌中发挥着什么功能？贝克说："我认为，研究这些更简单的生命形式和它们的真核特征，会让我们对自己有很多了解。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1373755.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1373755.htm

照亮生命的起源：研究人员揭示远古地球上的糖合成过程

照亮生命的起源：研究人员揭示远古地球上的糖合成过程戊糖是现代生命形式新陈代谢中不可或缺的碳水化合物，但由于这些分子不稳定，因此尚不清楚它们在地球早期是否存在。日本东京工业大学地球生命科学研究所（ELSI）领导的一项新研究揭示了一种与早期地球条件相适应的化学途径，通过这种途径，C6醛酸酯可以作为戊糖的来源，而不需要酶。他们的发现提供了原始生物化学的线索，使我们更接近了解生命起源。一项新研究提供了有关原始生物化学的线索，使我们更接近于了解生命的起源。图片来源：美国宇航局戈达德太空飞行中心概念图像实验室地球早期的生化挑战地球上的生命是从简单的化学物质中产生的，这是生物化学乃至整个科学领域最令人兴奋而又最具挑战性的课题之一。现代生命形式可以通过复杂的化学网络将营养物质转化为各种化合物；此外，它们还可以利用酶催化非常特殊的转化，从而实现对所产生分子的精细控制。然而，在生命出现并变得更加复杂之前，酶是不存在的。因此，在地球历史的早期，很可能存在着各种非酶化学网络，它们可以将环境中的营养物质转化为支持原始细胞功能的化合物。戊糖：早期生命的基石戊糖的合成就是上述情况的一个突出例子。这些只含有五个碳原子的单糖是RNA和其他分子的基本组成单位，而这些分子对我们所知的生命来说是必不可少的。科学家们提出并研究了生命起源之前产生戊糖的各种方式，但目前的理论提出了一个问题：如果这些化合物的寿命极短，那么戊糖如何积累到足以参与生命起源前反应的数量？为了解决这个问题，由ELSI研究员易瑞琴领导的研究小组最近开展了一项研究，为早期地球上戊糖的起源和持续供应寻找另一种解释。他们探索了一个无酶化学网络，在这个网络中，C6醛酸酯（一种稳定的六碳碳水化合物）从各种前生物糖源积累起来，然后再转化回戊糖。(a)导致醛酸酯积累的原生代谢戊糖拟议途径，然后是非选择性氧化成脲酸酯、羰基迁移和β-脱羧。(b)磷酸戊糖途径的前几个步骤，以作比较。戊糖合成的新途径所提出的化学途径以葡萄糖酸盐开始，这是一种稳定的C6醛酸酯，在地球早期通过已知的基本糖类的前生物转化很容易获得。下一步是将C6醛酸酯非选择性地氧化成脲酸酯；这里的"非选择性"是指氧化过程不区分醛酸酯结构中的各种碳原子，因此有五种可能的氧化结果。通过实验和理论分析，研究人员深入研究了各种氧化产物，以弄清反应网络的细节。有趣的是，他们发现，无论氧化发生在哪里，生成的尿酸盐化合物都会发生一种被称为"羰基迁移"的分子内转化，直到形成特定的3-oxo-URONATE化合物。一旦达到这种状态，在H2O2和亚铁催化剂的作用下，3-氧代-尿苷酸盐很容易通过β-脱羧转化为戊糖，而这两种物质都与早期地球的条件相符。在建立并测试了这一复杂反应网络的全部过程后，研究人员注意到它与现代生化途径有着重要的相似之处。领衔作者易瑞勤强调说："我们证明了五碳糖的非酶合成途径，它依赖于化学转化，让人联想到磷酸戊糖途径的第一步，而磷酸戊糖途径是新陈代谢的核心途径。这些结果证明，前生物的糖合成可能与现存的生化途径有重叠。鉴于糖类在现代新陈代谢中无处不在，所提出的反应网络可能对第一批类生命系统的出现非常重要。"天体生物学影响和未来研究本研究的发现对天体化学和天体生物学具有重要意义。在1969年坠落地球的著名碳质陨石默奇森（Murchison）陨石中发现了大量的醛酸酯。与此相反，在现代生物系统中发现的典型碳水化合物却不在其中。这意味着醛酸酯可以在地外条件下形成和积累，而本研究表明，它们可能在生命组成元素的起源过程中扮演重要角色。Yi补充说："我们希望这项工作能掀起下一波天体生物学的热潮，将重点放在醛糖的研究上。"在未来的研究中，研究小组将重点关注C6醛酸酯是否能在地球早期积累到足够的量，以作为原生代谢出现的"养分"。首席研究员易瑞琴总结道："我们希望进一步了解这些醛酸酯如何从经典的前生物糖反应中生成，如甲糖反应和基里亚尼-费舍尔同源反应。值得注意的是，这些经典的前生物糖反应在现代新陈代谢中并不存在，因此，所提出的非酶途径可以作为早期糖类和理论上最早的生命形式所使用的碳水化合物之间一座急需的桥梁。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401995.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401995.htm

原甾醇生物群化石揭示了神秘古生物的"失落世界"

原甾醇生物群化石揭示了神秘古生物的"失落世界"地球上有三个主要的生命领域：单细胞的细菌和古细菌，以及更复杂的真核生物。尽管成员最少，但最后一组是我们最熟悉的--它包括我们人类以及所有动物、植物、藻类、真菌和一些单细胞生物，如变形虫。使真核生物与众不同的关键特征是，它们的细胞有一个细胞核和其他复杂的组成部分，如线粒体。但是它们究竟是什么时候开始进化的一直是个谜。真核生物的证据从大约8亿年前开始大量出现在化石记录中，但"分子钟"研究估计，第一批成员应该早在18亿年前就已经进化了。那么，为什么没有它们的记录呢？事实证明，可能有--只是科学家可能一直在寻找错误的东西。真核生物生命的主要标志之一是原甾醇，像胆固醇一样的脂质分子，在细胞中发挥重要功能。这些东西通常在可追溯到大约8亿年前的化石床中发现，但在更古老的岩石中几乎没有出现。一种假设认为，真核生物在那之前就已经存在，但是以更原始的形式存在，可能已经产生了不同的脂质分子。因此在新的研究中，研究人员开始寻找那些其他分子。他们检查了现代真核生物制造的原甾醇分子，并使用几种技术将它们缠绕到其祖先可能已经产生的中间版本。然后，他们开始在化石记录中寻找这些所谓"原甾醇"分子的迹象。果然，他们发现这些分子在8亿年前的旧岩石中很丰富。最古老的可以追溯到惊人的16.4亿年前，在澳大利亚的巴尼溪地层中，而且它们在全球各地的样本中令人惊讶地普遍。该研究的共同第一作者JochenBrocks教授说："科学家们在四十年里一直忽视了这些分子，因为它们不符合典型特征。但是一旦我们知道我们要找的是什么，我们就发现从全世界十亿年前的水道中提取的其他几十块岩石也渗出了类似的化石分子。"这让我们看到了一个失落的原生质生物群世界的一角。这些早期真核生物基本上在整个地球的海洋环境中繁荣发展，而且很可能比当时存在的细菌和古细菌更大、更复杂。科学家们甚至假设，原生动物群可能包括地球上最早的捕食者。但当然，他们的统治将不可避免地在8亿年前结束，那时更先进的真核生物如红藻开始出现。这些生命体将更好地适应不断变化的环境条件，并继续进化成我们今天所知的动物、植物和其他复杂的生命。这项研究发表在《自然》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1365259.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1365259.htm

日本研究人员成功合成细菌 成为可以自行移动的最小生命体

日本研究人员成功合成细菌成为可以自行移动的最小生命体在新的研究中，大阪市立大学的科学家们编辑了该生物体的最新版本，称为syn3，以赋予它一种新的能力--运动。这种合成细菌通常是球形的，不能自行走动，因此该团队通过添加七种被认为能让天然细菌游泳的蛋白质来进行实验。显微镜图像（从左至右）：天然螺浆菌、合成细菌syn3和插入了螺浆菌蛋白的syn3，使其能够移动这些蛋白质来自一种叫做螺浆菌的细菌，它有一个长的螺旋形状，可以通过扭转该螺旋的方向来游泳。当这些蛋白质被添加到syn3中时，它从通常的圆形变成了与Spiroplasma相同的螺旋形状，而且最重要的是现在能够使用相同的技术进行游泳。"会游泳的syn3可以说是'最小的移动生命体'，具有自主移动的能力，"该研究的共同第一作者MakotoMiyata教授说。"这项研究的结果有望推进我们对细胞运动的进化和起源的理解。研究世界上最小的细菌与最小的功能性运动装置可用于开发模仿细胞的微型机器人或基于蛋白质的运动。"这项研究发表在《科学进展》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1334393.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1334393.htm

研究人员破译了一种细菌的内部工作原理

研究人员破译了一种细菌的内部工作原理一个机器人从凝胶层中冲出针头大小的碎片。狭窄的蓝色带子包含来自细菌培养物的蛋白质。随后，这些微小的凝胶碎片中包含的蛋白质将被更详细地分类。资料来源：奥尔登堡大学/MohssenAssanimoghaddam对新陈代谢的全面了解能够预测一种关键环境微生物的生长。根据他们在《mSystems》杂志上的报告，研究人员发现了惊人的机制，使细菌能够适应波动的环境条件。这些结果对生态系统的研究至关重要，其中芳香菌菌株作为一个重要的环境细菌群体的代表，可以作为一个模型生物体。这些发现还可能对污染场地的清理和生物技术应用产生影响。所研究的细菌菌株擅长利用难以分解的有机物质，一般在土壤和水生沉积物中发现。这种微生物在各种条件下茁壮成长，包括氧气、低氧和无氧层，而且在营养物质的摄入方面也非常多变。它们可以代谢40多种不同的有机化合物，包括高度稳定的天然物质，如木质素的成分，这是木材中发现的主要结构材料，以及长寿命的污染物和石油的成分。博士生帕特里克-贝克尔通过仔细的实验室研究，获得了对芳香菌的新陈代谢的整体理解。资料来源：奥尔登堡大学一种具有特殊能力的微生物特别是由六个碳原子组成的苯环的物质，被称为芳香族化合物，可以被这些微生物生物降解--无论是否有氧气的帮助。由于这些能力，Aromatoleum在将土壤和沉积物中的有机化合物完全降解为二氧化碳方面发挥着重要的环境作用--这一过程在生物土壤修复方面也很有用。目前研究的目的是全面了解这种单细胞生物体的功能。为此，研究人员使用五种不同的营养基质，在氧化和缺氧条件下（即有氧和无氧）培养微生物。对于这十种不同的生长条件，他们分别培养了25个培养物，然后使用分子生物学方法（技术术语：多组学）对各种样品进行了检查，这些方法能够同时分析一个细胞中的所有转录基因、产生的所有蛋白质以及其所有代谢产物。芳香菌的相互作用AromatoleumaromaticumEbN1T细菌（底部的黑色轮廓）以多种方式与生物和非生物环境相互作用：人为的输入、其他微生物的活动和自然界的过程产生不同的有机物质（不同颜色的点），细菌将其作为食物。同时，这些物质也被其他微生物所利用（食物竞争）。细菌细胞内的代谢网络通过不同的途径转换和降解这些物质（左边）。细胞反过来产生建筑材料，如DNA、蛋白质、糖类化合物或脂类（右图），它需要这些材料来生长。根据环境条件，细胞在氧气或硝酸盐（NO3-）的帮助下获得能量--显示在图像的最左边。资料来源：RalfRabus和PatrickBecker/奥尔登堡大学系统生物学方法拉布斯解释说："通过这种系统生物学方法可以深入了解一个生物体的所有内部运作。你把细菌分解成它的各个组成部分，然后你可以把它们重新组合起来--在一个模型中，预测一个培养物将以多快的速度生长，以及它将产生多少生物量。"他是奥尔登堡大学海洋环境化学和生物学研究所（ICBM）普通和分子微生物学研究小组的负责人，通过他们细致的工作，研究人员获得了对这种细菌菌株的代谢反应的全面了解。他们发现约有200个基因参与了降解过程，并确定了哪些酶可以分解作为营养物加入的物质，以及各种坚果是通过哪些中间产物产生的。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1348929.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1348929.htm