早期真核生物进化时间表揭开面纱

通过分析数千个基因的重复，研究人员已经重建了导致真核细胞产生的进化事件，真核细胞是几乎所有你用肉眼可以看到的生命的前身。从简单细菌细胞到复杂真核细胞的进化时间表与之前认为的不同。这项研究由巴塞罗那IRB比较基因组实验室和乌得勒支大学合作完成，已发表在“自然生态与进化”杂志上。生命进化中最重要和最令人费解的事件之一就是第一个事件的起源。几乎所有我们用肉眼可以观察到的生命形式，如藻类、植物、动物和真菌，都是由被称为真核生物的复杂细胞组成的。一项由ICREA研究员、巴塞罗那生物医学研究所(IRB巴塞罗那)和巴塞罗那超级计算中心(BSC-CNS)的研究员托尼·加巴多恩(Toni Gabaldón)和乌得勒支大学(University Of Utrecht)的贝伦德·斯奈尔(Berend Snel)共同开展的一项研究得出结论，第一个包含线粒体的细胞(被认为是增加真核细胞复杂性的关键一步)在结构和功能上已经呈现出类似于核生物的复杂性。这一情景在一些古生菌基因组中观察到的复杂性迹象和线粒体在触发真核发生中的拟议作用之间起到了桥梁作用。

获取线粒体被认为是发展真核细胞复杂性的关键的第一步或最后一步，加巴东解释说。我们的研究结果表明，这确实是一件至关重要的事情，但它发生在细胞复杂性已经增加的情况下。"；加巴多恩解释说，线粒体的获得被认为是真核细胞复杂性发展的关键第一步或最后一步。我们的研究结果表明，这确实是一件至关重要的事情，但它发生在细胞复杂性已经增加的情况下。

在地球生命历史的前半部分，唯一的生命形式是相对简单的细菌细胞。第一作者朱利安·沃塞伯格解释说，真核细胞更大，含有更多的DNA，由不同的隔间组成，每个隔间都有自己的任务。从这个意义上说，你可以把细菌细胞比作帐篷，而真核细胞更像是有几个房间的房子。

生物体如何以及何时用帐篷交换房子仍然是个谜，因为没有中间形式。进化中的一个重要时刻是线粒体的起源，线粒体是真核细胞的一个组成部分，起着动力装置的作用。线粒体曾经是自由生活的细菌，但在进化过程中，它们被今天的真核生物的祖先吸收了。由于可能推动了细胞复杂性的增加，研究人员试图根据这些基因变化重建进化事件。

我们可以利用当代物种的DNA来重建进化事件。我们的基因是在亿万年的进化过程中形成的。在那段时间里，它们发生了戏剧性的变化，但它们仍然保留着遥远过去的回声。沃塞伯格补充道，我们有来自各种有机体的大量遗传物质，我们可以使用计算机重建数千个基因的进化，包括古老的基因复制。这些重建使我们能够发现重要中间步骤的时间安排。

来自乌得勒支大学的共同通讯作者Berend Snel说，科学家们没有这些事件的时间表。但是现在我们已经设法重建了一条大致的时间线。为了实现这一点，研究人员采用了加巴尔登实验室开发的一种现有方法来创建一种新的方案，这产生了新的见解。这些表明，甚至在与线粒体共生之前，就已经进化出许多复杂的细胞机制，包括细胞内运输和细胞骨架的发展。共生并不是一个对其他一切都起到催化剂作用的事件。斯奈尔说，我们在更早的时间里观察到了基因复制的高峰，这表明细胞的复杂性在那一刻之前就已经增加了。

Gabaldón说，我们的研究表明，获得线粒体内共生体的祖先宿主已经在动态的细胞骨架和膜运输方面发展出了一些复杂性。这可能有利于与其他微生物建立共生关系，包括最终整合的线粒体祖先。更多信息：利用古代复制对真核细胞复杂性的起源进行计时，《自然生态学与进化》(2020)。网址：www.nature.com.cn/cn/s41559-020-01320-z，网址：10.1038/s41559-020-01320-z