是什麼導致了地球上複雜生物體的出現？這是生物學中一個重要的未回答的問題。維也納大學Christa Schleper團隊和蘇黎世聯邦理工學院Martin Pilhofer團隊的研究人員已經朝著解決這個問題邁出了一步。科學家們成功地培養了一種特殊的古生物，並使用顯微鏡方法更精確地描述了它的特徵。

這種阿斯加德古菌的成員表現出獨特的細胞特徵，並可能代表了通往更複雜生命形式（如動物和植物）的進化”缺失環節”。這項研究最近發表在《自然》雜誌上。

地球上的所有生命形式被分為三個主要領域：真核生物、細菌和古細菌。真核生物包括動物、植物和真菌等群體。它們的細胞通常要大得多，乍一看比細菌和古細菌的細胞更複雜。例如，真核生物的遺傳物質被包裝在細胞核中，細胞還有大量的其他隔室。真核細胞內的細胞形狀和運輸也是以廣泛的細胞骨架為基礎。但是，進化到如此復雜的真核細胞是如何產生的呢？

目前最流行的進化理論之一是假設真核生物（包括動物、植物和真菌）是由阿斯加德古生物與細菌的融合而產生的。資料來源：蘇黎世聯邦理工學院弗洛里安-沃爾韋伯（Florian Wollweber）。

目前的大多數模型認為，古細菌和細菌在真核生物的進化過程中起著核心作用。一個真核細胞的原始細胞被認為是由大約20億年前的古細菌和細菌之間的緊密共生關係演變而來的。2015年，對深海環境樣本的基因組研究發現了所謂的阿斯加德古菌群，它們在生命樹上代表了真核生物的最親近親屬。阿斯加德細胞的第一張圖像於2020年由一個日本小組從富集培養物中公佈。

Christa Schleper在維也納大學的工作小組現在首次成功地培養出了這一群體的一個較高濃度的代表。它來自斯洛文尼亞皮蘭海岸的海洋沉積物，但也算得上是維也納的居民，例如多瑙河沿岸的沉積物，由於其生長到高細胞密度，這種代表可以被研究得特別好。維也納大學古細菌工作組的博士後、該研究的第一作者之一Thiago Rodrigues-Oliveira報告說：”要在實驗室中獲得這種極其敏感的生物體的穩定培養是非常棘手和費力的。”

共同第一作者Rafael Ponce在斯洛文尼亞皮蘭的塞卡運河取樣海洋沉積物

维也纳小组在培养高度富集的阿斯加德代表方面取得了显著的成功，终于可以通过显微镜对细胞进行更详细的检查。马丁-皮尔霍夫（Martin Pilhofer）小组的ETH研究人员使用了一台现代低温电子显微镜来拍摄震冻细胞的照片。这种方法能够三维地了解细胞的内部结构。

Lokiarchaeum ossiferum細胞的掃描電子顯微照片，顯示長而復雜的細胞突起

“這些細胞由圓形的細胞體組成，帶有細長的、有時非常長的細胞突起。這些觸角狀結構有時甚至似乎將不同的細胞體相互連接起來，”弗洛里安-沃爾韋伯說，他花了幾個月時間在顯微鏡下追踪這些細胞。這些細胞還包含一個廣泛的肌動蛋白絲網絡，被認為是真核細胞所特有的。這表明，在第一個真核生物出現之前，古細菌中就出現了廣泛的細胞骨架結構，並為圍繞生命史上這一重要而壯觀的事件的進化理論提供了支撐。

微生物學家Christa Schleper評論說：”我們的新生物，即Lokiarchaeum ossiferum，有很大的潛力為真核生物的早期進化提供進一步的突破性的見解。我們花了六年之久才獲得一個穩定和高度富集的培養物，但現在我們可以利用這一經驗進行許多生化研究，也可以培養其他阿斯加德古菌。”此外，科學家們現在可以利用ETH開發的新成像方法來研究，例如，阿斯加德古菌和它們的細菌夥伴之間的密切互動。今後還可以研究基本的細胞生物學過程，如細胞分裂，以闡明這些機制在真核生物中的進化起源。