Cell：改写真核生物起源！阿斯加德古菌中发现真核生物专属细胞骨架，一作将回国加入西湖大学

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

2015 年，瑞典乌普萨拉大学的进化微生物学家Thijs Ettema领导的团队在Nature期刊发表论文，发现了一种全新的古菌——洛基古菌（

Lokiarchaeota

Thorarchaeota

Odinarchaeota

Heimdallarchaeota

2021 年，深圳大学高等研究院李猛教授团队在Nature 期刊发表论文，进一步扩展了 “阿斯加德”古菌的系统发育多样性，将 “阿斯加德”古菌从原有的 6 个门增加到 12 个门，并将其中一个门命名为悟空古菌（Wukongarchaeota）。让中国古代神话与北欧神话来了一次联动。

这些“阿斯加德”古菌的发现，重新激起了生命域真实数量（目前生命域被分为细菌域、古菌域和真核域）以及真核生命起源（内共生学说认为，原始真核细胞吞下了细菌，最终演化出了真核生物）的争论。“阿斯加德”古菌被归类于古菌，但具有多个真核生物的标志性蛋白（例如肌动蛋白），那么，生命是否因该被分为两个域？真核生物和古菌同属一个域？真核生物是否有古菌通过内共生直接演化而来？

2025 年 3 月 21 日，瑞士苏黎世联邦理工学院Martin Pilhofer实验室在Cell期刊发表了题为：Microtubule in Asgard archaea 的研究论文。

该研究首次在“阿斯加德”古菌中发现了能够形成微管纤维的异源二聚体微管蛋白，为微管的进化起源提供了新视角。

微管结构，长期以来被认为是真核生物（包括人类、动植物等）的“独家专利”，而这项最新研究彻底改写了这一认知，这不仅填补了生命进化树上的关键空白，更为破解真核生物起源之谜提供了决定性证据。

突破性发现：古菌中的“细胞骨架”

在深海水热喷口等极端环境中，存在着一个被称为“阿斯加德”古菌的神秘族群。它们被认为是真核生物在进化树上最亲近的“表亲”，此前已被发现其拥有真核生物特有的肌动蛋白。而在这项最新研究中，研究团队通过冷冻电镜断层扫描技术，在最早被发现的“阿斯加德”古菌——洛基古菌的细胞内捕捉到了令人震惊的画面：其细胞体和突起中存在着直径为 12-18nm 的管状结构，长度可达 1.7 微米。研究团队使用超分辨率膨胀显微镜发现，特定生长阶段的洛基古菌细胞内存在微管蛋白组成的纤维网络。

解码古菌微管的分子奥秘

研究团队通过蛋白质组学发现了洛基古菌两个高表达的微管蛋白基因 AtubA/B，AtubA/B 蛋白像真核生物的 α/β 微管蛋白一样，形成精密配对的异源二聚体，体外实验证实，这些蛋白能在数秒内自主组装成两种微管：

标准型：5 根原丝组成的微管，与真核微管共享 M-loop 侧向连接方式；

变体型：AtubB2 替代 AtubB 后形成 7 原丝结构，展现独特的组装机制。

改写教科书：微管的远古起源之谜

这项研究颠覆了三个传统认知：

1、时间线前移：微管的形成能力早在 20 亿年前的古菌中就已存在；

2、进化中间体：古菌微管兼具细菌 BtubA/B 的简单性和真核微管的复杂性；

3、功能多样性：AtubB2通过竞争性置换调控微管组装，揭示早期细胞骨架的调控雏形。

特别值得注意的是，古菌微管不需要真核生物复杂的伴侣蛋白协助组装，这为开发新型生物材料提供了灵感。

生命起源的新启示

这项突破性发现为生命起源研究开辟了新方向：

• 填补缺失环节：解释了真核生物复杂细胞结构如何从古菌祖先演化而来；

• 改写生命进化树：为“真核生物起源于古菌内共生”假说提供了关键证据；

• 技术新突破：建立了古菌蛋白在真核表达系统中的纯化方法，为研究其他远古蛋白奠定基础。

据悉，研究团队正在尝试培养更多“阿斯加德”古菌，以期直接观察活体细胞内的微管动态。正如通讯作者Martin Pilhofer教授所说：我们正在目睹生命复杂性的第一个火花，这些古菌细胞里蕴藏着整个真核生物的进化蓝图。

这项载入教科书的发现告诉我们：生命的伟大创新往往源于分子层面的微小突破。当古菌祖先第一次将蛋白质组装成微管时，谁又能想到，这个简单的结构最终会演化成支撑起整个复杂生命世界的细胞骨架呢？在深海古菌的微观世界里，记录着关于生命起源的诱人篇章。

许靖蔚博士

据悉，论文共同第一作者许靖蔚博士将于 2025 年 8 月全职加入西湖实验室/西湖大学生命学院。其研究方向将结合多尺度成像技术（包括冷冻电镜单颗粒，原位冷冻电镜断层扫描、膨胀显微成像等）和不同组学来研究细胞在应对外界环境变化时其胞内超微结构（主要关注不同纤维网络）的重塑。

论文链接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00254-5