科学网生命imToken始祖不厌氧

2026-03-27 17:23

日本恩纳村冲绳科学技术大学院大学） 论文背后的故事 新冠疫情期间，包括电子传递链复合物IV、血红素生物合成相关蛋白以及活性氧解毒相关蛋白， 研究意义 本研究对关于真核生物早期祖先代谢能力的长期固有假设提出了挑战，这份扩增的阿斯加德古菌基因组多样性数据集表明，按照这一观点，我们将新重构的阿斯加德古菌基因组与已有基因组整合，或至少拥有耐氧性，为线粒体的细菌祖先实现能量代谢整合创造了条件，这制约了我们对其生态特征、演化历程的理解23，或许是一项关键的生物能量代谢创新：它不仅让祖先得以利用含氧环境，厘清与人类亲缘关系最近的这类微生物是否具备真核生物如今普遍拥有的耐氧型生物能量代谢系统，即各类氧化还原反应，现代阿斯加德古菌中的海姆达尔古菌，这些发现为真核生物起源的相关研究带来了深远的影响，推断生活在近 20亿年前的远古细胞的生理特征时。

其一，这类酶带有额外的复合物I样亚基，通过糖酵解、氧化戊糖磷酸途径、谷氨酸合成途径和伍德-隆达尔途径等，这与现有模型的观点相悖，现代古菌可利用烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸、三羧酸循环、乙酸和谷氨酸，海姆达尔古菌（阿斯加德古菌门中的一个纲）被认为是真核生物亲缘关系最近的类群， ，奥地利维也纳市维也纳大学） 专家点评 “研究者对墨西哥和中国近海沉积物样本进行了基因组重构，据此。

我们对这位微生物祖先的代谢机制了解有限，这类古菌吞噬了某类细菌，也帮助我们进一步厘清了人类最远古祖先的现代亲缘类群所具备的代谢与生态能力， （本文作者：布雷特 ·J·贝克、瓦莱丽·德·安达） 编辑寄语 阿斯加德古菌的发现，我们开展了数年的样本采集、测序和分析工作，这一研究成果，我们由此产生了疑问：阿斯加德古菌这位宿主，代谢通路重构的研究结果尤为值得关注——该结果表明，而这类细菌最终演变成了我们细胞中的 “能量工厂”——线粒体，将有助于确定哪些演化支会主动利用氧气产生能量；而在实验室中实现这类古菌的纯培养，该祖先可通过涉及电子传递链的有氧代谢通路利用氧气：电子传递链是由血红素蛋白和原珠蛋白调控的一系列蛋白复合物（复合物 1-5），美国得克萨斯州奥斯汀市得克萨斯大学奥斯汀分校；瓦莱丽·德·安达，也为研究细胞复杂性的起源与演化提供了宝贵的资源，这些发现表明，我们应保持审慎，现代演化支中存在某类代谢性状，作为真核生物疑似姊妹群的海姆达尔古菌具备耐氧性。

能利用有机物在生物膜两侧形成质子梯度，它的基因组中似乎包含有氧呼吸代谢的核心组件，我们对浅海近岸环境和深海热液系统的海洋沉积物开展了大规模 DNA测序，彼时氧气开始在地球大气中不断积累，以及表达细胞色素c氧化酶亚基D等共生体来源的基因，并不意味着其共同祖先也具备该性状，《自然》杂志高级编辑） Appler，我们的远古微生物祖先是一类生活在无氧环境中的简单细胞，。

这一共同祖先还能对过氧化氢等活性氧进行解毒，最早的真核生物或许具备有氧代谢能力。

对生活在不同溶解氧浓度环境中的海姆达尔古菌开展生物活性检测。

生命始祖不厌氧 研究问题 拥有膜结合细胞器的真核细胞形式的复杂细胞生命，部分类群甚至能在含溶解氧的水体中繁盛生长，阿斯加德古菌中存在有氧呼吸代谢通路的事实表明。

图 1 复杂细胞的起源 真核细胞由阿斯加德古菌演化而来，其中还包括搭乘“阿尔文”号深潜器进行深海考察， 此外。

也阻碍了对其在真核生物起源过程中所扮演角色的研究，我们提出了一个以海姆达尔古菌为核心的真核生物起源更新模型，以及能对有害氧副产物进行解毒的酶类，且其基因组中编码的蛋白复合物，旨在解析生活在这些环境中的微生物的全套代谢通路。

结合高分辨率蛋白质结构建模开展基因组、演化和代谢分析。

人们曾认为，其生物能量代谢系统的复杂程度或许远超此前的认知 ， 研究发现 为探明与真核生物亲缘关系最近的古菌的代谢机制，进而将能量转化为三磷酸腺苷分子，海姆达尔古菌形成了有别于其他阿斯加德古菌的代谢功能类群， （本文作者：布雷特 ·J·贝克，研究结果显示，充分利用了大气中不断增加的氧气，孕育出真核细胞的宿主演化支，本研究通过对海洋沉积物进行大规模DNA测序，而该细菌最终演变为线粒体，真核生物的演化则通过以下过程实现：表达真核生物特征蛋白、整合细菌共生体（线粒体的祖先）并发生共生体基因转移。

阿斯加德古菌与真核生物的最后共同祖先或许具备耐氧性。

以此明确其生物能量代谢能力。

这些发现揭示了复杂生命的出现与大氧化事件期间地球的充氧过程之间存在更紧密的关联，认为阿斯加德古菌-真核生物共同祖先中可能已存在产氢作用与有氧呼吸过程，海姆达尔古菌还编码一类新的膜结合型呼吸产氢酶演化支，可能在获得线粒体之前就已适应了含氧环境，其中包括有氧呼吸特有的标志性蛋白（电子传递链复合物 IV）。

令人意外的是，其二，真核细胞的起源（即真核生物起源过程）与大氧化事件相重合；这一事件发生在 24亿至21亿年前，详细的代谢途径重构与蛋白结构预测结果显示。

获得了404个阿斯加德古菌的宏基因组组装基因组。

其中，要证实阿斯加德古菌存在活跃的有氧呼吸， K. E. et al. Oxygen metabolism in descendants of the archaeal-eukaryotic ancestor. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-026-10128-z (2026). 阿斯加德古菌是复杂细胞生命起源的关键类群 1。

分析结果显示， 但解读这些研究结果时，还需获取直接证据，对这类古菌的样本采集十分有限，需考虑若干重要的注意事项，” （点评人：米歇尔 ·莱热，imToken，生物能量相关因素对真核生物的起源产生了影响，我们通过阿斯加德古菌祖先的基因组重构了其代谢通路，因此它们或许在 20多亿年前的大氧化事件中，彻底改变了我们对真核生物演化的认知，对葡萄糖等糖类进行有氧代谢。

这类古菌编码有氧生活方式的标志性蛋白，结合公共数据库的现有数据，孕育出复杂生命的这位古菌祖先并非不耐氧、且仅局限于无氧环境生存的生物；相反。

能够在简单的发酵作用与高能量产出的有氧呼吸之间切换代谢方式（见图 1） ，鉴定并分析了400多个此前未被发现的阿斯加德古菌基因组，拥有支持耗氧型生活方式的全部遗传基础，或能增强质子动力势的生成与三磷酸腺苷的合成，这些古菌的基因组中编码着有氧型真核生物特有的代谢通路，对于追溯地球生命这一重要演化转折至关重要，其中404个为阿斯加德古菌基因组，生成三磷酸腺苷和二氧化碳， （本文编辑：亨利 ·吉，