錫拉丘茲大學的生物學家正在研究微生物真核生物在地熱湖的惡劣環境中繁衍生息的過程。據估計，地球上有大約870 萬種真核生物。真核生物的特徵是細胞內有細胞核和其他膜結合的細胞器。儘管人們通常將真核生物與動物和植物聯繫在一起，但實際上這些形式的真核生物只佔真核生物六大類中的兩類。

奧利維裡奧和拉帕波特夏天在加州的拉森火山國家公園進行了實地研究，那裡有許多熱液地形。資料來源：雪城大學

真核生物多樣性的很大一部分是由被稱為原生生物的單細胞微生物組成的。透過這些生物的研究，科學家可以探索真核生物豐富多樣性和複雜性的演化路徑。透過這些研究，我們可以了解地球上動物生命得以存在的發展過程，例如多細胞性的出現。

當研究人員致力於更了解地球物種演化背後的機制時，關於微生物真核生物如何適應地球極端環境的問題仍然存在。為了進一步深入研究這個問題，文理學院（A&S）生物系的科學家目前正在研究棲息在地球上一些最惡劣環境中的原生生物：極熱和極酸的地熱湖泊。

A&S 生物學家Angela Oliverio（左）和Hannah Rappaport 在加州拉森火山國家公園美國最大的地熱湖。圖片來源：雪城大學

生物學助理教授安吉拉-奧利維裡奧（Angela Oliverio）領導的團隊最近從加州的拉森火山國家公園（Lassen Volcanic National Park）返回，那裡有美國最大的地熱湖。

「這個湖是一個酸性硫酸鹽蒸汽加熱地熱特徵，這意味著它既相當熱（約52°C/124°F）又呈酸性（pH 約2），”2022 年開始在錫拉丘茲大學工作的奧利維裡奧說。”這使它成為研究多極端嗜酸性生物的一個非常獨特的環境，多極端嗜酸性生物是指適應兩種或兩種以上極端條件的生物–在這種情況下，就是高溫和低pH值。”

那麼，他們怎麼會知道到加州的一個熱湖去尋找微生物真核生命呢？最近，奧利維裡奧和奧利維裡奧實驗室的研究員漢娜-拉帕波特（Hannah Rappaport）在《自然-通訊》（Nature Communications）上共同發表了一篇研究論文，在這篇論文中，研究小組建立了一個資料庫，收錄了先前在極端環境中尋找微生物真核生命的研究。具體來說，他們分析了在相似的環境條件下，哪些真核生物系在不同的研究中被多次檢測到。

漢娜-拉帕波特（Hannah Rappaport）使用光學顯微鏡拍攝的變形蟲（背景中的圓形灰色斑點）和紅藻（前景中的四個白色橢圓形）圖片。這些樣本取自拉森火山國家公園的一個地熱湖。圖片來源：雪城大學

奧利維裡奧說：”我們發現，有幾個變形蟲品系往往是從極高溫環境中發現的。這表明，研究這些品係可能會對真核細胞如何適應極高溫環境下的生活產生重大啟示。”

根據奧利維裡奧介紹，加州州立大學奇科分校戈登-沃爾夫實驗室進行的一項特殊研究顯示，拉森國家公園的地熱湖中有一種名為嗜熱變形蟲的變形蟲，數量相當豐富。但是，目前還沒有關於這種生物的基因組數據。確定這種生物是如何適應這種極端環境的，可以拓展人們對宇宙中哪些類型的環境適合生命存在的認識。

去年夏天，奧利維裡奧和拉帕波特來到拉森國家公園，進一步了解這種特殊的原生生物，並尋找其他新型嗜極真核生物。在湖邊，研究團隊用一根長長的油漆工用的竹竿，在上面插上一個1 公升的瓶子來採集樣本–考慮到湖水的溫度遠遠超過華氏100 度，這可不是一件容易的事。之後，瓶子被運回奧利維裡奧在錫拉丘茲大學的實驗室，研究團隊目前正在分離單細胞進行基因組定序，並用顯微鏡觀察變形蟲的特徵。

雪城大學研究人員漢娜-拉帕波特（Hannah Rappaport）將瓶子浸入熱湖中採集樣本。由於水溫較高且地面不穩定，研究人員在採集樣本時必須保持安全距離。圖片來源：雪城大學

雖然真核生物如何適應極端環境仍有許多未知數，但奧利維裡奧希望這項研究將有助於填補目前的一些知識空白。

漢娜-拉帕波特（Hannah Rappaport）使用光學顯微鏡拍攝的變形蟲（背景中的圓形灰色斑點）和紅藻（前景中的四個白色橢圓形）圖片。這些樣本取自拉森火山國家公園的一個地熱湖。

她說：”我們懷疑這種變形蟲形態有其特殊之處，能夠在這些真核生物系中持續存在，但其機制仍然未知。根據我們的研究，我們假設，來自細菌的水平基因轉移（生物體之間遺傳訊息的移動）和基因組削減（當基因組刪除它不需要的基因時），以及特別有用的基因家族的擴展，可能是原生生物獲得在極端環境中生存的工具包的幾種方式。 “

研究小組的基因組尺度發現將為生命樹的重建提供重要的缺失資料。”這將進一步加深我們對地球上生命分佈和進化的理解”。