陳根：《自然》研究，揭示真核生物起源的重大進化謎題_風聞

文/陳根

真核生物起源被稱為生物界僅次於生命起源的第二大謎團。加拿大著名微生物學家RogerStanier曾指出：“原核生物與真核生物細胞之間的差異是當今世界中已發現的最大的單一不連續性”。雖然許多原核生物已經具有帶有膜的內部組織結構，但真核生物的複雜程度卻遠高於此。

真核生物具有核膜包被的細胞核，將轉錄與翻譯過程分隔開，為基因調控提供更多選擇；眾多細胞器組成的內膜系統使細胞具有精密高效的運輸和代謝功能。這些結構增強了真核生物的環境適應能力，使其演化為現存物種中數目佔大多數的生命形式。

1977年，美國微生物學家CarlWoese通過16S/18SrRNA序列系統發育分析偶然發現了古細菌。他們據此將原核生物分為兩大類——真細菌和古細菌，並將真細菌、古細菌和真核生物各分為一個**“域”（Domain），作為比“界”（Kingdom）高一級的分類系統，分別命名為細菌域（Bacteria）、古菌域（Archaea）和真核域（Eukarya）**。

其中，細菌和古菌可能起源於40-35億年前的地球。而早在1905 年，米熱秋沃斯基（Merechowsky）就提出了線粒體起源的“內共生”假説。目前的廣為接受的觀點認為，真核細胞是在約20-18億年前一個細菌融合進一個古菌細胞產生的；被融合的細菌與古菌宿主形成了內共生關係，並逐漸進化成了現代真核生物中最重要的細胞器——線粒體（Mitochondrion）。

目前，雖然線粒體起源於一個類似於α蛋白細菌的祖先已經被廣泛接受，但是線粒體內共生體與現存的α蛋白細菌之間的系統發育關係尚未得到解決。許多爭論的焦點是線粒體和快速進化的α蛋白細菌譜系之間的親和力，是否反映了真實的同源性還是人為因素。

7月14日，同濟大學附屬普陀人民醫院（籌）和生物信息系朱瑞新課題組、南方科技大學海洋科學與工程系張傳倫、範陸課題組，聯合德國杜塞爾多夫大學William F. Martin等，在Nature 子刊雜誌在線發表了題為“基於系統性物種抽樣的系統發生學分析證明線粒體起源於α變形菌”的研究論文。

該研究團隊首先在線粒體和α-變形菌的蛋白序列中，使用多種“去除異質性位點”的預處理方法，通過進化分析檢驗該預處理步驟對物種進化關係的影響，系統性地證明了“去除異質性位點”方法在解答線粒體起源問題時具有極大的不確定性，無法構建穩定的物種進化關係，導致假陽性結果。

研究團隊隨後開創性地運用了系統性物種替換和多方法相互驗證的策略，通過對100多個貝葉斯系統發育樹的結果進行比較統計，結合模型擬合度檢驗，在保持了進化信息完整性的同時，降低了系統性誤差。

這些創新性方法首次定義了α-變形菌四個進化主類羣，而線粒體則起源於一個含有各類海洋細菌和內共生菌的 α-變形菌 IIb 分支。

這一發現對過去幾十年來有關線粒體起源的系統發生學的方法問題進行了系統梳理，將目前爭議較大的線粒體起源問題重新拉回到α變形菌的框架中來，並獲得了迄今為止線粒體與α變形菌之間最精確的進化關係。

該研究也為接下來尋找線粒體的最近祖先的研究提供了重要的研究指導和可靠的方法學基礎。事實上，探索生命起源的旅程非凡，並沒有特定的答案，真核生物中仍有許多的謎團等待我們去發現和揭秘。在未來，生命起源的奇妙時刻也將會再次展現，生命之謎終將解開。