在自然出版的一項(xiàng)新研究中，由瑞典烏普薩拉大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際研究小組提出了線(xiàn)粒體的新進(jìn)化起源 - 也被稱(chēng)為“細(xì)胞的發(fā)電站”。線(xiàn)粒體是能量轉(zhuǎn)換細(xì)胞器，它們?cè)诘厍蛏蠌?fù)雜細(xì)胞生命的出現(xiàn)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

線(xiàn)粒體是必需的細(xì)胞器，以燃料電池的能量轉(zhuǎn)換反應(yīng)而聞名。線(xiàn)粒體代表真核細(xì)胞的重要標(biāo)志 - 這些包括所有復(fù)雜細(xì)胞類(lèi)型，包括動(dòng)物，植物，真菌等 - 基本上所有多細(xì)胞生物。所有真核細(xì)胞都具有(或曾經(jīng)有)線(xiàn)粒體的事實(shí)表明這些細(xì)胞器的起源可能在復(fù)雜的真核細(xì)胞的進(jìn)化出現(xiàn)中發(fā)揮了重要作用。過(guò)去幾十年的證據(jù)強(qiáng)烈支持線(xiàn)粒體通過(guò)內(nèi)共生進(jìn)化，這是一種宿主細(xì)胞攝取自由生活細(xì)菌的過(guò)程。然而，線(xiàn)粒體祖先的身份以及內(nèi)共生的性質(zhì)是激烈爭(zhēng)論的主題。

“以前的工作提供了強(qiáng)有力的證據(jù)，證明線(xiàn)粒體與稱(chēng)為Alphaproteobacteria的細(xì)菌群有關(guān)，”烏普薩拉大學(xué)的博士后研究員，該研究的第一作者Joran Martijn說(shuō)。“從哪個(gè)alphaproteobacterial譜系線(xiàn)粒體進(jìn)化尚不清楚 - 不同的研究指出了完全不同的alphaproteobacterial群。為了解線(xiàn)粒體的起源，還有真核生物的起源，了解線(xiàn)粒體祖先的身份至關(guān)重要。”

一些科學(xué)家提出，線(xiàn)粒體是從立克次氏體進(jìn)化而來(lái)的，立克次氏體是一種寄生的細(xì)菌，與線(xiàn)粒體一樣，生活在真核細(xì)胞內(nèi)，通常完全依賴(lài)宿主細(xì)胞生存。其最著名的成員，立克次氏體(Rickettsia prowazekii)，是一種臭名昭著的人類(lèi)病原體，可引起斑疹傷寒。

“我們認(rèn)為，對(duì)于線(xiàn)粒體祖先的身份缺乏共識(shí)有兩個(gè)主要原因，”烏普薩拉大學(xué)細(xì)胞與分子生物學(xué)系研究員Thijs Ettema說(shuō)，他領(lǐng)導(dǎo)該團(tuán)隊(duì)開(kāi)展這項(xiàng)研究。“首先，現(xiàn)在的親屬可能還沒(méi)有被發(fā)現(xiàn) - 如果它們甚至還存在的話(huà)。其次，重建線(xiàn)粒體的進(jìn)化歷史是極具挑戰(zhàn)性的，并且很容易導(dǎo)致非常不同的因此相互矛盾的結(jié)果“。

烏普薩拉團(tuán)隊(duì)試圖通過(guò)采用大膽的方法解決這一僵局。通過(guò)分析來(lái)自太平洋和大西洋的大量環(huán)境測(cè)序數(shù)據(jù)，他們?cè)O(shè)法確定了幾個(gè)以前未被識(shí)別的α蛋白質(zhì)組。利用新開(kāi)發(fā)的方法，該團(tuán)隊(duì)設(shè)法重建了40多個(gè)alphaproteobacteria的基因組，屬于12個(gè)不同的群體。

“這些新發(fā)現(xiàn)的alphaproteobacteria的擴(kuò)展基因組基本上幫助我們確定了線(xiàn)粒體的位置，”Martijn說(shuō)。“我們希望通過(guò)在我們的分析中使用更平衡的一組alphaproteobacteria，我們可以克服以前研究中遇到的一些問(wèn)題。”

出乎意料的是，他們的分析支持了線(xiàn)粒體的新位置，現(xiàn)在它被放置在A(yíng)lphaproteobacteria之外。

這些結(jié)果表明，線(xiàn)粒體不是目前公認(rèn)的任何α蛋白細(xì)菌群的最親近的，包括立克次氏體。相反，線(xiàn)粒體從祖先進(jìn)化而來(lái)，后來(lái)產(chǎn)生了所有目前公認(rèn)的Alphaproteobacteria。

“我們懷疑流行的立克次氏體相關(guān)的線(xiàn)粒體血統(tǒng)是一種方法論假象的結(jié)果。”Martijn解釋道。“線(xiàn)粒體和立克次氏體在非常相似的條件下進(jìn)化，這可能導(dǎo)致非常相似但獨(dú)立的進(jìn)化模式和序列模式。這反過(guò)來(lái)可能使先前確定線(xiàn)粒體進(jìn)化起源的工作復(fù)雜化。”

該研究未能確定線(xiàn)粒體祖先的任何現(xiàn)今親屬。

“當(dāng)然，這有點(diǎn)令人失望，”埃特瑪說(shuō)。“但也許我們一直在尋找錯(cuò)誤的地方。在這項(xiàng)研究中，我們專(zhuān)注于海洋水域，因?yàn)楸娝苤@些水域含有大量無(wú)特征的alphaproteobacteria。”

Ettema和他的團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)尋找線(xiàn)粒體親屬。“解開(kāi)線(xiàn)粒體的起源是了解復(fù)雜生命起源的關(guān)鍵。如果現(xiàn)代線(xiàn)粒體親屬仍然存在，我相信我們會(huì)在某些時(shí)候找到它們。”