Nature丨董宏坡、侯立军等揭秘真核生物起源时间

当今，地球上生命存在形式有两个主流假说： “ 三域学说 ” （细菌、古菌、真核生物）和 “ 二域学说 ” （细菌、 古菌 - 真核生物）。但近年发现证明，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 “ 二域说 ” 。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。

2025年5 月 7 日，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 Nature 发表了最新研究成果 ：

Deep origin of eukaryotes outside

Heimdallarchaeia

within

Asgardarchaeota

近年来，多项系统发育分析和基因组功能蛋白研究揭示真核生物核基因组可能从阿斯加德古 菌 进化而来。但随着阿斯加德古 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，因为这关乎到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

Nature

华东师范大学团队通过整合新组装的 223 个高质量的阿斯加德古 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，以高置信度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。

涅尔德古菌因含有 较多的类真核蛋白，被认为属于阿斯加德古菌门，但是系统发育分析却发现该 古菌目 在古菌中的进化地位不稳定，当使用传统核糖体标志蛋白时，该 古菌进入 TACK 超门，与初古 菌 互为姐妹；但是当使用 57 个非核糖体蛋白时，它却进入阿斯加德古菌门。更重要的是，当加入真核生物基因组构建发育进化树时，该 古菌位置 的变化显著影响着真核生物的进化位置。

研究团队敏锐地意识到 涅尔德古菌目是 解决真核生物在古菌中进化地位的关键所在。面对这个棘手的问题，研究团队打破常规，采用逆向思维，找到了 最 关键的解决思路 —— 通过短读长序列回贴、基因组覆盖度分析、序列重叠群聚类和分类谱分析发现涅尔德古 菌 基因组同时包含阿斯加德古 菌 及其 姐妹超 门 TACK 古菌的 序列成分。例如在涅尔德古 菌 基因组中，大约 24-60% 的重叠群（ Contigs ）属于 TACK 古菌，而仅 3-35% 的重叠群属于阿斯加德古菌。

研究团队推断，当使用的标志蛋白更多地分布到阿斯加德古 菌 序列中，则涅尔德古 菌 进入阿斯加德古菌门，反之，则进入 TACK 古菌超 门。涅尔德古 菌 含有的嵌合体可能是导致前人将真核生物定位到阿斯加德古 菌 海姆达尔 纲 内部的可能原因。

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（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 ），为其进行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。

结合上述多方面证据，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。 该研究将真核生物起源位置精确定位为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，早于地球大氧气事件，这为理解真核细胞形成机制提供重要的线索。

https://www.nature.com/articles/s41586-025-08955-7

制版人： 十一

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