揭秘真核生物起源：或早于地球大氧化事件

地球生命的“祖先”何来？近年发现证明，真核生物可能起源于古菌中的“阿斯加德古菌”，这一发现支持了地球上生命存在形式主流假说——“二域学说”，即：细菌、古菌-真核生物。但真核生物究竟起源于阿斯加德古菌的哪一支类群，一直存在争议。

北京时间5月7日23时，华东师范大学河口海岸全国重点实验室董宏坡研究员和侯立军研究员团队，联合深圳大学研究团队，在国际顶级期刊《自然》发表最新研究成果，将真核生物起源位置精确定位为阿斯加德古菌“海姆达尔纲”的姐妹类群，这一发现表明真核细胞的起源时间可能约在27.2亿年前，早于地球大氧化事件，为理解真核细胞形成机制提供了重要线索。

解放日报·上观新闻记者了解到，研究团队以我国红树林湿地和河口盐沼湿地为“天然实验室”，历时6年采集沉积物样本，利用计算生物学研究技术，揭示真核生物祖先可能在海姆达尔纲（Heimdallarchaeia）古菌分化之前就已经形成。

华东师范大学河口海岸全国重点实验室2021级海洋生物学专业博士生张家伟（左）为论文唯一第一作者，指导教师董宏坡研究员（右）为论文第一通讯作者。

生命起源之争：定位真核生物祖先在古菌内部的分化节点

在古菌进化研究中，随着阿斯加德古菌多样性的增加，定位真核生物祖先在阿斯加德古菌门内部的分化节点显得尤为重要，因为这关乎真核生物细胞在地球上首次出现的时间，以及彼时古菌祖先的生活方式。

2023年《自然》发表了瑞典科学家的研究成果，将真核生物在系统发育树上定位到阿斯加德古菌的海姆达尔纲的内部，与霍德尔目（Hodarchaeales）互为姐妹群系，但该结果仅使用未受广泛认可的非核糖体标志蛋白基因集，因而备受争议。

为此，华东师范大学团队通过整合新组装的223个高质量阿斯加德古菌基因组和NCBI数据库现存的基因组，构建了一个包含411个阿斯加德古菌基因组的数据集。针对最新的数据集，研究团队重新选取多套标志蛋白，结合系统基因组学方法，高置信度地将真核生物定位到阿斯加德古菌海姆达尔纲之外，与海姆达尔纲互为姐妹。

为使用串联67个标志蛋白构建的最大似然树，显示真核生物（Eukarya）与海姆达尔纲互为姐妹群系。

探寻共同祖先：依赖氢气的古菌宿主与产氢细菌的融合

团队在阐明真核生物在阿斯加德古菌中确切位置之后，通过分子定年与祖先代谢重构，推断出阿斯加德古菌与真核生物的最后共同祖先（LAECA）约出现于27.2亿年前。其早于大氧化事件，可能是一个使用氢气作为电子供体的厌氧产乙酸古菌。

该祖先具有完整的古菌型伍德-隆达尔途径（Wood-Ljungdahl），为其依赖氢气进行化能自养生长提供了可能。此外，该祖先基因组中也编码不完整的有氧呼吸链中的末端氧化酶，可能是通过水平基因转移从兼性好氧的共生菌中获取，并参与低氧条件下的解毒功能。更重要的是，LAECA包含多种对氧气非常敏感的参与细胞关键代谢途径的酶，因此它们最初可能是在太古宙缺氧的深海环境中进行厌氧生长。

结合多方面证据，该研究支持了真核生物的氢起源假说，即真核生物起源于一个依赖氢气的古菌宿主与一个产氢细菌的融合。

关键阿斯加德古菌祖先的代谢功能重建。

六年磨一剑：在泥潭中寻找生命起源密码并还原场景

古菌在普通环境中丰度低、分布不均匀，寻找新的古菌类群难度极大。研究团队在我国红树林自然保护区以及河口盐沼湿地，开展了大量宏基因组的测序工作，成功组装出众多新型古菌类群。这次研究工作是在积累了6年的阿斯加德古菌基因组上完成的。

科研团队在我国红树林湿地采集沉积物

为获取关键样本，团队曾深夜冒险进入红树林，在蚊虫围攻和泥泞中艰难采样，张家伟回忆：“采样时多次迷路，浑身是泥，但一想到这些看似普通的淤泥里可能藏着生命起源的密码，一切都值了。”

董宏坡研究员于2018年底进入华东师范大学河口海岸全国重点实验室，开展滨海湿地古菌生物多样性及其环境适应机制研究。董宏坡表示，由于进化树的树型需要最大似然法（ML）和贝叶斯推断法相互验证，而贝叶斯推断法要耗费大量的计算资源，河口海岸全国重点实验室的大型集群发挥了重要作用，为研究快速推进提供了强大的硬件支持。

董宏坡（右）研究员与张家伟（左）博士生之外，华东师范大学刘敏教授和深圳大学李猛教授团队成员为论文的共同作者。华东师范大学河口海岸全国重点实验室为论文第一完成单位。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目支持。

华东师大河口海岸全国重点实验室作为国家海洋战略科技力量的核心组成，聚焦“人地海复合系统演变规律”“生态保护与资源综合利用”“数字孪生与智能决策”三大研究方向，为破解河口海岸领域重大复杂科技问题提供系统性解决方案。“认识真核细胞的形成机制对理解生命演化规律、生物多样性、疾病机制乃至地外生命探索均具有深远影响。”研究团队表示，下一步是期待从滨海湿地资源库中寻找更多海姆达尔纲古菌基因组并富集纯化出这类古菌，开展其生态功能、生理代谢特征等相关研究。

原标题：《地球生命何来？或靠氢气自养！中国《自然》发文：27.2亿年前真核生物起源》

图片来源：受访高校

题图说明：董宏坡（右）研究员与张家伟（左）博士生在实验室。

来源：作者：解放日报 徐瑞哲