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海底古菌 複雜生物演化之始

2015/5/9 — 9:00

Credit: Centre for Geobiology, University of Bergen

Credit: Centre for Geobiology, University of Bergen

人類的身體由無數的複雜細胞所組成,這些細胞有細胞核、線粒體 (mitochondria) 等等的胞器,而其他的真核生物 (eukaryote) 如動物、植物、真菌甚至單細胞的變形蟲,細胞的組成都如此複雜。

生物學家估計,地球上第一種真核生物在 20 億年前出現。此時的生命體由簡單細胞演化成複雜的真核生物 (Eukaryote) ,是演化史上一個極重要的過渡期,但我們一直苦無証據証明假說。

週三刊於《自然》的新研究指,我們已有可能找到這些過渡體。研究團隊在南冰洋約 3000 米深其中一個海底熱泉附近的泥土,發現了一種古菌 (archaea) ,並將之命名為洛基古菌 (Lokiarchaeum) 。

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洛基古菌

洛基古菌有著很多真核生物的特徵,是此前從未在其他古菌中見過。而經過 DNA 分析後,學者發現它比已知的古菌似真核生物,更重要一點是洛基古菌的基因,很多都只出現在真核生物。這些基因大部份都與真核生物細胞中的胞器,如能分解蛋白的溶酶體 (Lysosome) 的構成有關。另一方面,洛基古菌亦有真核生物細胞骨架 (Cytoskeleton) 的基因蛋白,能不斷透過吞噬其他分子或微生物,改變細胞的形狀。

Credit: Embley, T.M. & Williams T.A. doi:10.1038/nature14522

Credit: Embley, T.M. & Williams T.A. doi:10.1038/nature14522

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雖然,洛基古菌的細胞結構相當複雜,但仍然缺少細胞核和線粒體。不少生物學家認為,線粒體有自己的一套基因,因為它們原是外來細菌,後被細胞吞噬後演變而來,最終成為宿主細胞的一部份,為其提供能量,令更複雜的生命體在地球上出現。研究團隊估計洛基古菌的祖先,有可能就是這種同化線粒體的生物。

不過,由於泥土樣本少,加上古菌難以在實驗室培植,團隊未來將需要再到南冰洋採樣本,以了解洛基古菌的特性與成長階段。

什麼是古菌?

古菌是種單細胞微生物,沒有細胞核與任何其他膜結合細胞器,通常存活於極端環境,如溫泉、火山口附近,但亦活躍於土壤、沼澤以至人類的肚臍。雖然跟細菌相似,但古菌與真核生物的關係更為密切,尤其是代謝方面。

來源:
The Conversation, Strange microorganism under the sea may be missing link in evolution, 7 May 2015
NY Times, Under the Sea, a Missing Link in the Evolution of Complex Cells, 6 May 2015

報告:

Spang, A., Saw, J.H., Jørgensen, S.L. & et al. (2015). Complex archaea that bridge the gap between prokaryotes and eukaryotes. Naturedoi:10.1038/nature14447

文/ac

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