在Carl Woese將古生物定義為生命的第三個(gè)領(lǐng)域之后的四十二年，伊利諾伊大學(xué)厄巴納 - 香檳分校Carl R. Woese基因組生物學(xué)研究所(IGB)的科學(xué)家們?nèi)栽谝钥赡艿姆绞搅私膺@些古老的生物幫助我們更多地了解真核生物。

隨著時(shí)間的推移，科學(xué)家們已經(jīng)意識(shí)到古生物與真核生物有著密切的祖先關(guān)系 - 生命領(lǐng)域包括動(dòng)物，植物等。“每個(gè)人都對(duì)真核細(xì)胞的起源感興趣，因?yàn)槲覀兪钦婧松铮?rdquo;微生物學(xué)教授雷切爾·惠特克說(shuō)，他是IGB的研究主題領(lǐng)導(dǎo)者。“我們?cè)搅私夤偶?xì)菌，我們就越了解自己的細(xì)胞以及使我們與眾不同的東西。”

IGB的研究科學(xué)家Whitaker和Changyi Zhang希望通過(guò)研究地?zé)釡厝邪l(fā)現(xiàn)的古菌Sulfolobus islandicus來(lái)更好地了解古細(xì)菌。他們的研究結(jié)果發(fā)表在Nature Communications上，可以深入了解古菌與真核生物的共同祖先和細(xì)胞的進(jìn)化歷史。他們的研究也推翻了先前對(duì)S. islandicus增長(zhǎng)所需要的信念。

“首要問(wèn)題之一是：為了成長(zhǎng)需要什么?” 惠特克說(shuō)。研究人員確定了關(guān)鍵基因 -那些對(duì)生物體的生長(zhǎng)和生存的關(guān)鍵S. islandicus，然后將它們相比，細(xì)菌和真核生物的必需基因，看看他們是否能找到它們之間共有的基因。特別是，他們想知道真核生物是否與S. islandicus共享任何必需基因，因?yàn)檫@可以深入了解真核生物的起源。

雖然他們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何尚未定義的共有基因，但他們確實(shí)找到了一組既古老又獨(dú)特的基因，對(duì)它們的生長(zhǎng)至關(guān)重要?，F(xiàn)在，他們想要了解這些基因是否是古細(xì)菌特有的，或者它們是否存在于古生物和真核生物的共同祖先中。“有兩種選擇。要么它們?cè)?jīng)被一個(gè)共同的祖先共享，而且由于它們與共同的祖先不同而被真核生物所迷失，”惠特克說(shuō)。“或者它們是新的，它們是在真核細(xì)胞中沒(méi)有發(fā)生的古細(xì)菌中發(fā)生的創(chuàng)新。”

如果他們能夠更好地理解這一點(diǎn)，他們就可以進(jìn)一步了解古菌和真核生物是如何分化的，以及這種進(jìn)化過(guò)程是如何在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的。“你能改進(jìn)新功能嗎?” 惠特克說(shuō)。“哪些類型的功能是您可以發(fā)展和改變的，哪些是必不可少的，哪些類型的功能是您可以丟失的類型?”

為了研究S. islandicus，一種在高溫下生長(zhǎng)的獨(dú)特生物，Zhang必須開發(fā)新的工具來(lái)分析其基因組。這些工具使他能夠?qū)Ρ砻?S-)層進(jìn)行意外發(fā)現(xiàn)，這是一種提供保護(hù)的古細(xì)胞外殼。“它只有一個(gè)圍繞細(xì)胞的S層，”張說(shuō)。“如果細(xì)胞失去了S層，它就會(huì)失去對(duì)大量環(huán)境壓力的保護(hù)。”

科學(xué)家們一致認(rèn)為，S層對(duì)硫化葉菌素至關(guān)重要，但張證實(shí)并非如此。他說(shuō)這令人驚訝，但他們現(xiàn)在有了測(cè)試古菌細(xì)胞如何在有外殼的情況下運(yùn)作的工具。“我們認(rèn)為細(xì)胞正常運(yùn)作可能非常重要，”惠特克說(shuō)。“我們知道他們會(huì)成長(zhǎng)，但他們看起來(lái)真的不同(沒(méi)有它)。這給了我們一些關(guān)于哪些流程可能會(huì)受到影響的想法，但我們還不知道它們是什么。”

更好地了解古細(xì)菌可以幫助科學(xué)界更多地了解真核細(xì)胞的功能 - 其中許多細(xì)胞尚未被充分了解。這些功能可以影響我們的細(xì)胞健康，不健康的細(xì)胞可以導(dǎo)致突變和基因組不穩(wěn)定，這可能導(dǎo)致癌癥。“我們希望，通過(guò)更好地理解這些功能的核心部分，我們可能能夠更好地理解這些系統(tǒng)，并且這樣做，更好地了解我們自己，”惠特克說(shuō)。

Whitaker和Zhang說(shuō)，自從發(fā)布他們的結(jié)果以來(lái)，來(lái)自世界各地的研究人員已聯(lián)系他們請(qǐng)求訪問(wèn)他們的數(shù)據(jù)。“古細(xì)菌細(xì)胞生物學(xué)領(lǐng)域確實(shí)注意到了這項(xiàng)工作......這很好，來(lái)自IGB和來(lái)自伊利諾伊州，”惠特克說(shuō)。“它提醒人們，古菌研究活得很好，并且真正在這里產(chǎn)生重大影響。”