科學家們可能發現了單細胞和複雜細胞之間缺少的聯繫，這些細胞構成了所有的動物、植物和真菌。科學家認為，被稱為古生菌的單細胞生物介於原始細菌(缺乏細胞核)和進化時間線上更復雜的細胞或真核生物之間。像它們的細菌表親一樣，古生菌沒有細胞核，但微生物含有與真核生物非常相似的DNA和DNA複製酶。一些科學家推測，真核生物大約在20億年前從這些中間有機體進化而來，當時一種古老的古菌抓住了經過的微生物，將其吸進其細胞腹部，並將其轉化為臨時細胞核。

另一些科學家認為，古菌釋放出了遊蕩的“氣泡”，這些氣泡是由它自己的細胞壁建造而成，它附著在並整合了有用的單細胞有機體，其功能類似於現代的細胞器，或者是細胞內執行特殊功能的類似器官結構。圍繞這一重大進化事件的細節仍然模糊不清，部分原因是科學家們幾乎沒有發現單細胞和複雜細胞之間過渡期的證據。但現在，研究人員已經確定了原核生物和真核生物之間的潛在橋樑：它們蛋白質編碼具有驚人的相似性。在真核生物中，某些蛋白質攜帶短序列，稱為核定位信號或NLSS，以便進入細胞核。

轉運蛋白與NLSS結合，然後護送另一個分子通過核膜上的孔，本質上，NLSS的作用就像一個蜂窩安全徽章。在發表在《分子生物學與進化》(Molecular Biology and Evolution)期刊上的研究表明，雖然古細菌沒有細胞核，但它們的一些蛋白質都帶有類似nls徽章。

NLSs早於細胞核的起源，可能是進化的基礎，使古生菌能夠逐漸進化成複雜的生命。耶魯大學的進化生物學家、該研究的合著者、博士後研究員謝爾蓋·梅爾尼科夫(Sergey Melnikov)說：大自然傾向於從它已經擁有的東西中創造。

這些NLS徽章提供了單細胞和複雜細胞之間過渡期的證據——這一發現相當於古生物學家發現了鳥類恐龍或爬行魚類。這是一個非常獨特研究發現，這些存在於古細菌…甚至沒有人認為他們應該在古細菌中尋找NLSs。但並不是所有科學家都相信這一點：NLSs可能不是證明單細胞進化成更復雜細胞的確鑿證據。科學家們沒有挖掘骨骼殘骸，而是繼續挖掘細胞的核糖體蛋白，以拼接它們的進化史(核糖體是幫助組裝蛋白質的細胞工廠)。只有少數基因無處不在的，這意味著它們存在於所有的生命形式中。

挖掘細胞化石

大約一半的保守基因編碼核糖體蛋白，這一事實表明，這些蛋白質具有漫長的進化遺產，可能可以追溯到生命本身的起源。在真核生物中，核糖體蛋白進入細胞核進行修飾，然後在細胞質中建立車間；由於NLSS，它們很容易進入細胞核。通過比較從古生菌、細菌和真核生物三類生命取樣的核糖體蛋白結構，找出這些特徵序列。研究的古生菌群就是今天可以在自然界中找到的類群之一。研究人員發現了四種古菌蛋白，它們有與真核生物相似的NLSS。類似NLS的序列出現在古生菌的多個群中，因此研究人員推斷該特徵在古生物進化史中很早就出現了。

然而，在古細菌中，NLS可能主要幫助有機體更容易地識別核酸，DNA和RNA的構建塊。雖然真核生物NLSS也具有這一功能，但它們更為人所知的是幫助蛋白質進入細胞核。研究團隊繼續測試NLSS是否可以跨生命王國在功能上互換，將一個真核NLSS換成一個古菌NLSS。在光學顯微鏡下，古生菌NLSS似乎像真核生物NLSS一樣工作，並允許其相關蛋白VIP進入細胞核。專家說，儘管具有相同的功能，但真核生物和古生菌中的NLSS可能在進化上並不相關，例如，Iyer仍然對這一發現持懷疑態度。

NLSS僅由五到六個蛋白質構建塊組成，稱為氨基酸。由於短長度和特殊的化學結構，NLSS在統計上很可能出現在蛋白質中，純屬偶然。換句話說，古菌和真核生物序列可能是獨立出現的，因此在進化上不會相關。如果進一步的研究發現古生菌NLSS存在於其他蛋白質中，這些蛋白質類似於真核生物中進入細胞核的蛋白質，會更有說服力。最終，這只是表明這些[類NLS]序列可能先於細胞核，與現代真核生物有許多遺傳相似之處的古菌仍然缺乏細胞核和細胞器，所以很難看到這些NLSS是如何促使細胞核進化的。

博科園｜文：Nicoletta Lanese/Live Science

參考期刊《分子生物學與進化》

DOI: 10.1093/molbev/msz207

博科園｜科學、科技、科研、科普