一系列新研究正在揭示生命史上最重大的跨越之一：二十亿年前，复杂细胞从简单细胞演化而来。科学家们在海洋与陆地上，发现了连接这一鸿沟的、罕见的过渡性微生物。
复杂细胞（包括人体内的细胞）与诸如大肠杆菌之类的简单微生物之间差异显著。复杂细胞内部充满区室：一个称为细胞核的结构储存DNA；另一些称为线粒体的结构，则含有产生细胞燃料的酶。复杂细胞内部还由丝状网络支撑，它们通过分解部分网络并构建新的延伸部分来爬行。
大肠杆菌则完全没有这些：没有骨架，没有线粒体，没有细胞核。
这些差异，连同许多其他差异，构成了自然界最深的分界线之一。由复杂细胞组成的物种是真核生物，这个群体包括动物、植物、真菌以及原生动物。像大肠杆菌这样的简单微生物则被称为原核生物。
原核生物出现于四十多亿年前。真核生物出现得晚得多，大约在25亿至20亿年前。复杂的真核生物如何从简单的原核生物演化而来，这个问题困扰了科学家数十年。
上世纪90年代，对真核细胞燃料工厂——线粒体的深入研究提供了一个重要线索。研究人员发现线粒体内有一小套基因，与细胞核中的DNA完全不同。相反，线粒体与利用氧气产生燃料的细菌有着强烈的遗传联系。
这一发现表明，真核生物的祖先吞噬了利用氧气的细菌，然后用它们来产生自己的燃料。但这一洞见仍留下许多关于真核生物的未解之谜。例如，最初吞噬线粒体的细胞是哪一类生物？
2015年，一个重大线索出现了。科学家从北冰洋海底挖取的沉积物中提取了DNA片段，然后将它们拼合成沉积物中微生物的完整基因组。其中一个基因组被证明前所未见：它是一种原核生物，却拥有许多此前仅在真核生物中发现的基因。
这些真核基因中，有些参与构建细胞骨架，另一些则帮助构建真核细胞分解旧蛋白质的区室。
科学家开始寻找这个类真核生物谱系的其他成员。起初搜索进展极其缓慢，大多数发现都来自深海沉积物。科学家们以挪威神话中众神的家园命名该谱系为“阿斯加德”。
德克萨斯大学奥斯汀分校的微生物生态学家布雷特·贝克在过去几年里加快了搜索速度。他和同事们前往加利福尼亚海岸外的深海地点以及中国的近岸浅水区进行“阿斯加德”搜寻考察。回到实验室后，研究人员利用强大的新技术来寻找稀有微生物的DNA。
据科学家周三报告，搜索取得了丰硕成果。他们在考察中发现了404种新的阿斯加德物种。他们还发现，此前调查的数据库中含有30个被忽视的阿斯加德基因组。总而言之，仅在一项研究中，科学家们就几乎使已知阿斯加德的多样性翻了一番。
“我们极大地扩展了阿斯加德的多样性，而且看不到尽头，”未参与这项新研究的加拿大达尔豪斯大学进化生物学家约翰·阿奇博尔德说。
许多新的阿斯加德微生物生活在深海，但也有一些栖息在近岸水域。还有一些则生活在陆地上，栖息地从永久冻土苔原到泻湖不等。它们可能很稀有，但分布也很广泛。
“如果你能在自家后院对土壤进行测序，你就能找到阿斯加德，”贝克博士说。
尽管科学家们在寻找阿斯加德DNA方面有所进步，但他们仍在努力研究活的阿斯加德细胞。维也纳大学的微生物学家克里斯塔·施莱珀和她的同事们花了八年时间，才弄清楚如何培养他们在斯洛文尼亚海岸无氧沉积物中发现的阿斯加德微生物。
最终，研究人员将一些活的阿斯加德微生物放在载玻片上，并用摄像机对准它们。当他们加快录像播放速度时，他们看到这些微生物在载玻片上爬行——这是人类首次看到它们运动。
“当时有很多欢呼和跳跃，”施莱珀博士实验室的博士后研究员菲利普·拉德勒回忆道。
阿斯加德微生物的运动为真核生物的起源提供了一些诱人的线索。它们通过重塑细胞骨架来爬行，构建长长的触手，用以伸出并抓住载玻片。其他原核生物不以这种方式移动——但真核生物会。这些视频表明，在真核生物存在之前很久，阿斯加德微生物就已经演化出了真核生物的一些关键特征，例如可用于爬行的骨架。
其他科学家也一直在研究真核生物起源的另一个关键步骤：它们如何获得线粒体。
细菌的祖先肯定是呼吸氧气的微生物，因此必定生活在氧气充足的地方。生活在无氧沉积物中的阿斯加德微生物不会遇到它们。但贝克博士的新研究为这次重大的相遇可能如何发生提供了一些线索。
贝克博士和他的同事们发现许多新的阿斯加德微生物在中国近岸富氧水域中繁衍生息。对其基因的仔细研究揭示了它们利用氧气进行新陈代谢的迹象。
“它们似乎呼吸氧气并以有机碳为食——这让我们感到非常熟悉，因为我们此刻正在这样做，”贝克博士说。
阿奇博尔德博士表示，科学家们对真核生物如何演化提出了许多不同的设想，但如果没有坚实的数据，很难评估它们。贝克博士和其他研究人员现在发现的阿斯加德微生物，使真核生物的起源变得更加清晰。
“我们正在用真实的生物体真正打破僵局，”阿奇博尔德博士说。
贝克博士和他的同事们现在提出，通向真核生物道路的第一步发生在地球早期缺乏氧气的时期。早期的阿斯加德微生物演化出了细胞骨架，并用它在海底爬行。
大约25亿年前，地球大气开始发生变化。某些细菌演化出了光合作用，使它们能够吸收二氧化碳和阳光来生长。它们将氧气作为废物排出。这些氧气逐渐在大气中积累，然后渗透到近岸浅水区。
对许多微生物来说，新的氧气是有毒的。但一些生活在近岸水域的阿斯加德微生物适应了耐受氧气，进而依赖氧气繁盛起来。“然后它们将这一点传给了真核生物，”贝克博士推测道。
贝克博士还怀疑，阿斯加德微生物在富氧的近岸水域遇到了后来成为线粒体的细菌。他提到了他的团队对中国近海海域的调查，他们在那里发现了与线粒体亲缘关系密切的细菌，与阿斯加德微生物生活在同一沉积物中。
一旦阿斯加德微生物获得了线粒体，它们就极大地增强了基于氧气的代谢能力。这些新的真核生物获得了丰富的能量供应，使它们能够长得更大，并拥有更多能力，比如捕食原核生物。世界从此变得不同。
巴斯德研究所的微生物生态学家凯瑟琳·阿普勒与贝克博士共同参与了这项新研究，她表示，科学家们不必回溯二十亿年来检验这一假说。相反，他们可以在今天的近岸水域中寻找。活的阿斯加德微生物可能正在沿着第一批真核生物走过的相同道路前进，与细菌形成亲密的伙伴关系。
“有时这会让我夜不能寐，想知道今天的沉积物中正在发生什么，”阿普勒博士说。
分析大模型：gemma2
得分：5
原因：
文章在描述研究地点时，客观提及了中国近岸水域是研究地点之一，并引用了研究人员的相关发现，这属于中性事实陈述，没有明显的正面或负面情感色彩。提及中国是作为科学研究的地理背景，而非情感倾向的表达。
原文地址：How Microbes Got Their Crawl
新闻日期：2026-02-18
