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可能发现的简单细胞和复杂生命形式之间缺少联系

Urfin/Shutterstock)

科学家可能发现了构成所有动物、植物和真菌的简单细胞和复杂细胞之间缺少的联系。

科学家认为称为古生菌的单细胞生物介于缺少细胞核的原始细菌和更复杂的细胞或真核生物之间,在进化的时间线上。与它们的细菌近亲一样,古生菌缺乏细胞核,但这些微生物含有与真核生物非常相似的DNA和DNA复制酶。

一些科学家推测,大约20亿年前,真核生物从这些中间有机体进化而来,当时一个古生菌抓住一个经过的微生物,将其吸入它的细胞腹部,并转化为一个临时的细胞核。也有人认为,一个古老的古细菌发出了游荡的“气泡”,它是由自己的细胞壁形成的,附着在有用的单细胞有机体上,然后整合成功能类似现代细胞器的有机体,或是细胞内具有特殊功能的器官样结构。

围绕这一重大进化事件的细节仍然模糊不清,部分原因是科学家几乎没有发现简单细胞和复杂细胞之间过渡期的证据。但是现在,研究人员已经发现了原核生物和真核生物之间的一个潜在的桥梁:蛋白质编码的惊人相似性。

在真核生物中,某些蛋白质携带短序列,称为核定位信号或NLSs,以便进入细胞核。转运体蛋白与NLSs结合,然后护送另一个分子穿过核膜的孔。根据9月10日发表在《分子生物学与进化》杂志上的研究,本质上,NLSs就像一个细胞安全徽章。

虽然古生菌缺乏细胞核,但它们的一些蛋白质仍然携带NLS一样的徽章。作者认为,NLSs早于核的起源,可能是一个进化的垫脚石,使古细菌逐渐进化成复杂的生命。

“自然倾向于从它已经拥有的东西中创造出来,”进化生物学家谢尔盖·梅尔尼科夫说,梅尔尼科夫告诉《生活科学》,耶鲁大学博士后研究员和该项研究的合著者。

这些NLS徽章提供了简单细胞和复杂细胞之间存在中间形式的证据,这一发现相当于作为古生物学家发现了类鸟恐龙或爬行鱼类。”“这是非常独特的,声称它们存在于古细菌中。没有人认为它们应该在古细菌中寻找NLSS,”计算生物生物学家Aravind Iyer说,他在国家生物技术信息中心研究蛋白质和基因组进化,但没有参与当前的研究。

但并不是所有人都相信:两位专家告诉《生活科学》杂志,NLSs可能不是显示简单细胞如何进化成更复杂细胞的进化烟枪。

讲述了学生想了解的细胞

挖掘细胞化石

而不是挖掘骨骼遗骸,梅尔尼科夫深入研究细胞的核糖体蛋白,将它们的进化史拼凑在一起。(核糖体是帮助组装蛋白质的细胞工厂。)

“只有少数基因是普遍存在的”,这意味着它们存在于所有生命形式中,Melnikov说。他解释说,这些保守基因中约有一半编码核糖体蛋白质,这一事实表明,这些蛋白质具有漫长的进化遗产,可能可以追溯到生命的开始。在真核生物中,核糖体蛋白进入细胞核进行修饰,然后在细胞质中建立小店;由于它们的NLSs,它们很容易进入细胞核。

通过比较从所有三个生命域取样的核糖体蛋白的结构-古生菌,细菌和真核生物梅尔尼科夫的目标是发现这些特征序列。他所调查的古细菌群属于

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