华东师范大学发表最新Nature论文，揭开真核生物起源之谜

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

2015 年，瑞典乌普萨拉大学的进化微生物学家Thijs Ettema教授领导的团队在Nature期刊发表论文【1】，发现了一种全新的古菌——洛基古菌（

Lokiarchaeota

），并解析了其的 DNA 序列。

此后几年内，该团队和其他研究人员又发现了与洛基古菌有关的几种新古菌，分别命名为索尔古菌（

Thorarchaeota

）、奥丁古菌（

Odinarchaeota

）、海姆达尔古菌（

Heimdallarchaeota

）等，他们将这些新古菌以北欧神话中的神域阿斯加德（Asgard）命名。

这些阿斯加德古菌的发现，重新激起了生命域真实数量（目前生命域被分为细菌域、古菌域和真核域）以及真核生命起源（内共生学说认为，原始真核细胞吞下了细菌，最终演化出了真核生物）的争论。

2025 年 5 月 7 日，华东师范大学董宏坡研究员、侯立军研究员作为共同通讯作者，在国际顶尖学术期刊Nature上发表了题为： Deep origin of eukaryotes outside Heimdallarchaeia within Asgardarchaeot 的研究论文【2】。

该研究将真核生物起源位置精确定位为阿斯加德古菌的海姆达尔纲的姐妹类群，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，为理解真核细胞形成机制提供了重要线索。

对阿斯加德古菌的形态学、生理学和基因组学的研究为真核生物的进化史提供了宝贵的见解。近年来的研究显示，真核生物起源于阿斯加德古菌，Thijs Ettema教授团队 2023 年发表于Nature的一项研究则认为，真核生物起源于阿斯加德古菌门中的海姆达尔纲【3】，但这一结论基于未受广泛认可的非核糖体标志蛋白基因集，因此，真核生物在阿斯加德古菌门中的确切系统发育位置，仍存在争议。

在这项最新研究中，研究团队生成了 223 个新的阿斯加德古菌的宏基因组组装的近乎完整的基因组，进而构建了一个包含 411 个阿斯加德古菌基因组的数据集。研究团队鉴定出 16 个新的属级或更高级别的谱系，这极大地扩展了已知的阿斯加德古菌的系统发育多样性。

研究团队进一步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的海姆达尔纲之外，真核生物在海姆达尔纲分化之前就已经进化出来了，因此与海姆达尔纲互为姐妹。真核生物在分类上的这种差异可能是由于此前未被充分重视的涅尔德古菌基因组的嵌合性质所致，研究团队发现，其基因组由阿斯加德古菌及其姐妹超门 TACK 古菌的序列共同组成。

通过祖先重建和分子测年，研究团队推断出阿斯加德古菌和真核生物的最后共同祖先出现在大氧气事件之前（约27.2亿年前），可能是一个使用氢气作为电子供体的厌氧产乙酸古菌。

这些研究结果支持了真核生物的氢起源假说——真核生物起源于一个依赖氢气的古菌宿主与一个产氢气的原线粒体（protomitochondrion）的融合。

2021 年 4 月 28 日，深圳大学高等研究院李猛教授团队与美国国立卫生研究院Eugene Koonin团队合作，在国际顶尖学术期刊Nature发表了题为：Expanded diversity of Asgard archaea and their relationships with eukaryotes 的研究论文【4】。

研究团队对阿斯加德古菌的 162 个完整或几乎完整的基因组进行了比较分析，其中包括 75 个之前未报道的由宏基因组组装的基因组，大大扩展了阿斯加德古菌的系统发育多样性。

基于这些分析，研究团队将阿斯加德古菌从原有的 6 个门增加到 12 个门，并将其中一个门命名为悟空古菌（Wukongarchaeota）。让中国古代神话与北欧神话来了一次联动。

2025 年 3 月 21 日，瑞士苏黎世联邦理工学院Martin Pilhofer实验室（论文共同第一作者许靖蔚博士将于 2025 年 8 月全职加入西湖实验室/西湖大学生命学院）在Cell期刊发表了题为：Microtubule in Asgard archaea 的研究论文【5】。

该研究首次在“阿斯加德”古菌中发现了能够形成微管纤维的异源二聚体微管蛋白，为微管的进化起源提供了新视角。

微管结构，长期以来被认为是真核生物（包括人类、动植物等）的“独家专利”，而这项最新研究彻底改写了这一认知，这不仅填补了生命进化树上的关键空白，更为破解真核生物起源之谜提供了决定性证据。