揭開複雜生命起源之謎：神秘觸手微生物的關鍵角色

最新研究為生物學中最大的謎題之一——複雜生命的起源——提供了新的線索。答案可能藏在「阿斯加德古菌」（Asgard archaea）這一群古老的單細胞微生物中。這些微生物與更複雜的生物體有著驚人的相似性，科學家透過深入研究其中一種微生物，發現了支援阿斯加德古菌可能是動物、植物甚至人類直接祖先的證據。

僅僅十年前，科學家對阿斯加德古菌的存在一無所知。直到2015年，研究人員在分析深海沉積物時，發現了指向全新微生物群體的基因片段。透過計算工具，他們拼湊出完整的基因組，這才意識到他們發現了一種前所未見的古菌。古菌與細菌同為單細胞生物，但在基因上卻截然不同，尤其是在細胞結構和代謝途徑方面。

隨著研究的深入，科學家成功辨識出與基因資料相符的活體微生物，並將其歸類為古菌的新亞群，命名為「阿斯加德古菌」。這個名字源自北歐神話中的阿斯加德，靈感來自於它們在挪威與斯瓦爾巴群島之間的大西洋中脊「洛基城堡」熱液噴口系統附近被發現。

令人驚訝的是，阿斯加德古菌不僅僅是一種新型微生物，它們可能代表了古菌與真核生物之間的演化橋樑。真核生物包括所有具有複雜細胞的生物，如動物、植物和真菌。近年來，研究人員發現越來越多證據顯示阿斯加德古菌與真核生物之間存在密切關聯，甚至真核生物可能由阿斯加德古菌演化而來。這項發現打破了將所有生物分為細菌、古菌和真核生物三域的分類方式。

蘇黎世聯邦理工學院的Martin Pilhofer教授及其團隊對阿斯加德古菌深感著迷，並對這些神秘微生物進行了多年的研究。兩年前，他們在《自然》期刊上發表了一篇文章，詳細探討了來自斯洛維尼亞鹹水渠道沉積物中的Lokiarchaeum ossiferum的細胞結構。研究顯示，這種阿斯加德古菌具有與真核生物相似的結構，例如一種名為Lokiactin的蛋白質，它形成了絲狀結構，特別是在微生物的觸手狀突起中。

此外，真核生物還擁有微管結構，這是細胞骨架的第二大關鍵組成部分，由眾多微管蛋白構成。這些微小管狀結構在細胞內部的運輸過程和細胞分裂時的染色體分離中扮演重要角色。最近，蘇黎世聯邦理工學院的研究人員在《細胞》期刊上發表了最新研究，首次在阿斯加德古菌中發現了類似的微管結構，並描述了其結構。儘管這些微管比真核生物的微管更小，但它們的形成方式非常相似。

然而，目前科學家仍不清楚為什麼微管蛋白在阿斯加德古菌中如此罕見，或者它們對細胞有何作用。研究人員推測，這些微管可能與真核生物中的微管具有相似的運輸功能。這項研究結合了微生物學、生物化學、細胞生物學和結構生物學等多領域的專業知識，Pilhofer教授強調，正是這種跨學科合作讓研究取得了重大進展。

細胞骨架是否對複雜生命的發展至關重要？雖然仍有許多問題尚未解答，但研究人員相信，細胞骨架是真核生物演化中的重要一步。這一演化可能發生在遠古時期，當時一種阿斯加德古菌用其觸手纏繞住細菌，並在演化過程中將其轉化為現代細胞的能量工廠——粒線體。隨著時間的推移，細胞核和其他細胞器逐漸形成，最終誕生了真核細胞。

Pilhofer教授表示，這種獨特的細胞骨架可能是這一演化的起點，它使阿斯加德古菌能夠形成觸手，從而與細菌互動並將其吞噬。未來，研究團隊計劃進一步研究肌動蛋白絲和古菌微管的功能，並開發針對這些微生物表面蛋白的抗體，以便在混合微生物培養中精確捕捉阿斯加德古菌。

「我們對阿斯加德古菌仍有許多未解之謎，尤其是它們與真核生物的關係以及其獨特的細胞生物學，」Pilhofer教授說道，「追蹤這些微生物的秘密令人著迷。」

參考文獻： 1. Wollweber, F., Xu, J., et al. (2025). Microtubules in Asgard archaea. Cell. DOI: 10.1016/j.cell.2025.02.027 2. Rodrigues-Oliveira, T., Wollweber, F., et al. (2022). Actin cytoskeleton and complex cell architecture in an Asgard archaeon. Nature. DOI: 10.1038/s41586-022-05550-y