真核生物早期進化的時間表揭曉

通過分析成千上萬個基因的重復，研究人員重建了導致真核細胞產生的進化事件，真核細胞幾乎是您用肉眼可以看到的所有生命的先兆。從簡單的細菌細胞到復雜的真核細胞的進化時間表與以前所想的不同。這項研究是巴塞羅那IRB的比較基因組學實驗室與烏得勒支大學之間的一項合作研究，已發表在《自然生態與進化》上。

生命進化中最重要且令人費解的事件之一就是第一批復雜的 真核細胞的起源。我們可以用肉眼看到的幾乎所有生命形式，例如藻類，植物，動物和真菌，都是由被稱為“真核生物”的復雜細胞組成的。生物醫學研究(IRB Barcelona)和巴塞羅那超級計算中心(BSC-CNS)以及烏特勒支大學的Berend Snel得出的結論是，第一個摻入線粒體的細胞(被認為是增加真核細胞復雜性的關鍵步驟)已經在結構和功能上呈現出類似真核生物的復雜性，這種情況在某些古細菌基因組中觀察到的復雜性跡象與線粒體在觸發真核生物中的作用之間建立了橋梁。

Gabaldón解釋說：“線粒體的獲得被認為是真核細胞復雜性發展的關鍵的第一步或最后一步。” “我們的發現表明這確實是至關重要的事件，但是它發生在細胞復雜性已經增加的情況下。”

復雜性是生活多樣化的序幕

在地球生命歷史的前半部分，唯一的生命形式是相對簡單的細菌細胞。第一作者朱利安·沃斯伯格(Julian Vosseberg)解釋說：“真核細胞更大，含有更多的DNA，并且由各個部分組成，每個部分都有各自的任務。” “從這個意義上講，您可以將細菌細胞與一個帳篷進行比較，而真核細胞更像是帶有多個房間的房屋。”

由于沒有中間形式，生物如何以及何時將帳篷換成房屋仍然是一個謎。在進化過程中的一個重要時刻是線粒體的起源，真核細胞的功能作為他們的“發電廠的組成部分。”線粒體曾經自由生活的細菌，但在進化過程中，它們是由今天的真核生物的祖先吸收的細胞，作為基因重復數據刪除可能開車在細胞復雜性的增加，研究人員試圖重建基于這些基因變化的進化事件。

用于進化路徑重建的生物信息學

“我們可以利用當代物種的DNA來重建進化事件。我們的基因是在進化史上形成的。在那段時間里，它們已經發生了巨大的變化，但它們仍然保留著遙遠的過去。” 弗斯伯格補充說：“我們擁有來自各種生物的大量遺傳材料，我們可以使用計算機來重建成千上萬個基因的進化，包括古老的基因復制。這些重建使我們能夠發現重要基因的時機。中間步驟。”

烏特勒支大學的共同通訊作者貝倫德·斯內爾(Berend Snel)說：“科學家們沒有這些事件的時間表。但是現在，我們設法重構了一個大致的時間表。” 為了實現這一目標，研究人員采用了Gabaldon實驗室開發的現有方法來創建新協議，從而產生了新穎的見解。這些表明甚至在與線粒體共生之前，已經進化出許多復雜的細胞機制，包括細胞內和細胞骨架內運輸的發展。Snel說：“共生并非是其他一切的催化劑。我們在很早的時候就觀察到了基因復制的峰值，這表明細胞的復雜性在此之前就已經增加了。”

“我們的研究表明，獲得線粒體內共生體的祖先宿主已經在動態細胞骨架和膜運輸方面發展了一些復雜性。”Gabaldón說。“這可能有利于與其他微生物(包括線粒體祖先)建立共生聯系，而后者最終已整合。”