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早期真核生物进化的时间表揭示了线粒体获得发生在复杂性不断增加的情况下。
生命进化中最重要且令人费解的事件之一就是最早的复杂真核细胞的起源。我们几乎可以用肉眼看到的所有生命形式，例如藻类，植物，动物和真菌，都是由被称为“真核生物”的复杂细胞组成的。ICREA生物医学研究所（IRB Barcelona）和巴塞罗那超级计算机中心（BSC-CNS）研究人员ToniGabaldón与乌特勒支大学的Berend Snel进行了合作研究，得出的结论是，第一个细胞引入线粒体（被认为是增加真核细胞复杂性的关键步骤），已经在结构和功能上呈现出类似真核生物的复杂性。这种情况充当了在某些古细菌基因组中观察到的复杂性迹象与线粒体在触发真核生物中的拟议作用之间的桥梁。
Gabaldón解释说：“线粒体的获取被认为是真核细胞复杂性发展的关键的第一步或最后一步，”我们的发现表明这确实是至关重要的事件，但发生在以下情况下：细胞的复杂性已经增加。
复杂性是生活的序曲
大约在地球生命史的前半段，唯一的生命形式是相对简单的细菌细胞。第一作者朱利安·沃斯伯格（Julian Vosseberg）解释说：“真核细胞更大，含有更多的DNA，并且由各个部分组成，每个部分都有各自的任务。”“从这个意义上讲，您可以将细菌细胞与一个帐篷进行比较，而真核细胞更像是带有多个房间的房屋。”
由于没有中间形式，生物体如何以及何时将帐篷换成房屋仍然是一个谜。进化中的一个重要时刻是线粒体的起源，线粒体是真核细胞的一种成分，起着“植物”的作用。线粒体曾经是自由生存的细菌，但在进化过程中，它们被当今真核细胞的祖先吸收。由于基因复制可能推动了细胞复杂性的增加，研究人员试图根据这些遗传变化来重建进化事件。
用于进化路径重建的生物信息学
“我们可以利用当代物种的DNA重建进化事件。我们的基因是在进化史上形成的。在那段时间里，它们发生了翻天覆地的变化，但它们仍然回荡着遥远的过去。弗斯伯格补充说：“我们拥有来自各种生物的大量遗传材料，我们可以使用计算机来重建数千种基因的进化，包括古老的基因复制。这些重建使我们能够发现重要的中间步骤的时机。”
乌特勒支大学的共同通讯作者贝伦德·斯内尔（Berend Snel）说：“科学家们没有这些事件的时间表。但是现在我们已经设法重构了大致的时间表。”为了实现这一目标，研究人员采用了Gabaldon实验室开发的现有方法来创建新协议，从而产生了新颖的见解。这些表明甚至在与线粒体共生之前，已经进化出许多复杂的细胞机制，包括细胞内和细胞骨架内运输的发展。“共生并非是其他一切的催化剂。我们在很早的时间观察到基因重复的峰值，这表明在那一刻之前细胞的复杂性已经增加了。” Snel说。
“我们的研究表明，获得线粒体内共生体的祖先宿主已经在动态细胞骨架和膜运输方面发展了一些复杂性，”加巴尔顿说，“这可能有利于与其他微生物（包括线粒体祖先）建立共生关系，最终成为一体。”
参考：朱利安·沃斯伯格，朱利安·杰·范·霍夫，玛丽娜·马塞特·侯本，安妮·范·弗利门汀，莱尼·范·维克，托尼·加巴尔登和贝伦·史奈尔，“用古老的复制品来确定真核细胞复杂性的起源”，《自然生态与进化》，2020年10月26日。 .DOI：
10.1038 / s41559-020-01320-z
