“失落的世界”：10亿年前的微生物秘境

本文来自微信公众号：Nature Portfolio （ID：nature-portfolio），作者：Heidi Ledford，题图来自：《侏罗纪公园2：失落的世界》

古代岩石中类脂的化合物，指向了众多此前未知的微生物，它们曾经主宰着地球上的复杂生命。

在澳大利亚内陆地下数百米深处的岩石中，保留了一个原始微生物秘境的线索，这些微生物曾在世间海洋中繁盛，或许最终带来了现代动植物的崛起。

对这些岩石中分离的类脂分子分析后认为，它们是由此前未知的古代微生物种群（真核生物）制造的，真核生物的细胞通常含有一个细胞核和其他内部结构。这些分子约有16亿年的历史，表明真核生物丰富和广布的历史远久于此前生物化学证据所显示的时间。

超过10亿年前，海洋中真核微生物大量繁盛（图为现代真核细胞；经人工染色）。来源：Dennis Kunkel Microscopy / Science Photo Library

“过去的说法是，真核生物直到8亿年前都非常罕见。”美国威廉姆斯学院的古生物学家Phoebe Cohen说，她没有参与这项研究。“古生物学家对此非常震惊，因为我们在化石记录里看到的不是这样。”她说这些发现有助于弥补两类证据之间的差距。

这些新的结果发表在6月7日的《自然》上^[1]。

化学指纹

大多数现代真核生物依靠称为固醇的类脂化合物（如胆固醇），来建造细胞膜和执行其他细胞功能。因为固醇在整个真核生物谱系中都有发现，人们认为所有现代真核生物共同祖先就有这些化合物。因此，古生物学家用这种化合物作为古代岩石中存在真核生物的生物标志。

但追溯到8亿年前，固醇的足迹就杳不可查了。研究者尚未发现更古老的岩石中有它们的痕迹，虽然10亿年前有一种红藻和一种绿藻（都是真核生物）的化石中存在其迹象。

这种缺失使人们推断，8亿年前真核生物的数量尚不足以留下可检测的固醇痕迹。

不过，另一种可能性是研究者找错了分子。德国不来梅大学的地质生物学家Benjamin Nettersheim、澳大利亚国立大学的古生物地质化学家Jochen Brocks和他们的同事决定专注于现代真核生物在合成固醇时制造的短寿分子。这些现代的中间产物或许会是原始真核生物的最终产物。

野性大洋

研究团队梳理了全世界的岩石，发现在大约8亿年前至16亿年前，这些“原始固醇”留下了广泛痕迹，表明产生它们的真核生物在水环境中十分丰富。

Nettersheim说这与此前观点相左。一个可能性是，制造更现代固醇的真核生物在10亿至8亿年前这段时间获得了选择优势，最终取代了那些制造原始固醇的对手。

Laura Katz说，这项工作可能表明了科学家为什么找不到生物化学痕迹来证实化石记录，她是美国史密斯学院研究真核微生物的生物学家。“我们找错东西了。”

但达尔豪斯大学研究比较基因组和真核生物演化的Andrew Roger提出，10亿年前的红藻和绿藻化石与现生藻类非常相似，它们很可能制造现代的固醇。这或许意味着现代固醇（而非其前体）也存在于早于8亿年前的岩石中。“这些发现提出的问题和它们回答的一样多。”他说。

虽然有理由怀疑原始固醇是真核生物制造的，研究者还没有排除它们是远古细菌所制造的可能性，Susannah Porter说，她是加利福尼亚大学研究早期真核生物演化的古生物学家。

她补充说，但研究团队的方法——用关于生物合成途径演化的假设来引导搜寻古代生物——能揭示关于早期生命的更多信息。“这是用演化视角来思考生物标志的记录。”她说，“我认为这是必要的。”

参考文献：1. Brocks J. J. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-023-06170-w (2023).

原文以A ‘lost world’ of early microbes thrived one billion years ago标题发表在2023年6月7日《自然》的新闻版块上 © nature doi: 10.1038/d41586-023-01847-8

本文来自微信公众号：Nature Portfolio （ID：nature-portfolio），作者：Heidi Ledford