通過分析成千上萬個(gè)基因的重復(fù)，研究人員重建了導(dǎo)致真核細(xì)胞產(chǎn)生的進(jìn)化事件，真核細(xì)胞幾乎是您用肉眼可以看到的所有生命的先兆。從簡(jiǎn)單的細(xì)菌細(xì)胞到復(fù)雜的真核細(xì)胞的進(jìn)化時(shí)間表與以前所想的不同。這項(xiàng)研究是巴塞羅那IRB的比較基因組學(xué)實(shí)驗(yàn)室與烏得勒支大學(xué)之間的一項(xiàng)合作研究，已發(fā)表在《自然生態(tài)與進(jìn)化》上。

生命進(jìn)化中最重要且令人費(fèi)解的事件之一就是第一批復(fù)雜的 真核細(xì)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(dòng)物和真菌，都是由被稱為“真核生物”的復(fù)雜細(xì)胞組成的。生物醫(yī)學(xué)研究(IRB Barcelona)和巴塞羅那超級(jí)計(jì)算中心(BSC-CNS)以及烏特勒支大學(xué)的Berend Snel得出的結(jié)論是，第一個(gè)摻入線粒體的細(xì)胞(被認(rèn)為是增加真核細(xì)胞復(fù)雜性的關(guān)鍵步驟)已經(jīng)在結(jié)構(gòu)和功能上呈現(xiàn)出類似真核生物的復(fù)雜性，這種情況在某些古細(xì)菌基因組中觀察到的復(fù)雜性跡象與線粒體在觸發(fā)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(rèn)為是真核細(xì)胞復(fù)雜性發(fā)展的關(guān)鍵的第一步或最后一步。” “我們的發(fā)現(xiàn)表明這確實(shí)是至關(guān)重要的事件，但是它發(fā)生在細(xì)胞復(fù)雜性已經(jīng)增加的情況下。”

復(fù)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(duì)簡(jiǎn)單的細(xì)菌細(xì)胞。第一作者朱利安·沃斯伯格(Julian Vosseberg)解釋說：“真核細(xì)胞更大，含有更多的DNA，并且由各個(gè)部分組成，每個(gè)部分都有各自的任務(wù)。” “從這個(gè)意義上講，您可以將細(xì)菌細(xì)胞與一個(gè)帳篷進(jìn)行比較，而真核細(xì)胞更像是帶有多個(gè)房間的房屋。”

由于沒有中間形式，生物如何以及何時(shí)將帳篷換成房屋仍然是一個(gè)謎。在進(jìn)化過程中的一個(gè)重要時(shí)刻是線粒體的起源，真核細(xì)胞的功能作為他們的“發(fā)電廠的組成部分。”線粒體曾經(jīng)自由生活的細(xì)菌，但在進(jìn)化過程中，它們是由今天的真核生物的祖先吸收的細(xì)胞，作為基因重復(fù)數(shù)據(jù)刪除可能開車在細(xì)胞復(fù)雜性的增加，研究人員試圖重建基于這些基因變化的進(jìn)化事件。

用于進(jìn)化路徑重建的生物信息學(xué)

“我們可以利用當(dāng)代物種的DNA來重建進(jìn)化事件。我們的基因是在進(jìn)化史上形成的。在那段時(shí)間里，它們已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化，但它們?nèi)匀槐Ａ糁b遠(yuǎn)的過去。” 弗斯伯格補(bǔ)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(jì)算機(jī)來重建成千上萬個(gè)基因的進(jìn)化，包括古老的基因復(fù)制。這些重建使我們能夠發(fā)現(xiàn)重要基因的時(shí)機(jī)。中間步驟。”

烏特勒支大學(xué)的共同通訊作者貝倫德·斯內(nèi)爾(Berend Snel)說：“科學(xué)家們沒有這些事件的時(shí)間表。但是現(xiàn)在，我們?cè)O(shè)法重構(gòu)了一個(gè)大致的時(shí)間表。” 為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究人員采用了Gabaldon實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的現(xiàn)有方法來創(chuàng)建新協(xié)議，從而產(chǎn)生了新穎的見解。這些表明甚至在與線粒體共生之前，已經(jīng)進(jìn)化出許多復(fù)雜的細(xì)胞機(jī)制，包括細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞骨架內(nèi)運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展。Snel說：“共生并非是其他一切的催化劑。我們?cè)诤茉绲臅r(shí)候就觀察到了基因復(fù)制的峰值，這表明細(xì)胞的復(fù)雜性在此之前就已經(jīng)增加了。”

“我們的研究表明，獲得線粒體內(nèi)共生體的祖先宿主已經(jīng)在動(dòng)態(tài)細(xì)胞骨架和膜運(yùn)輸方面發(fā)展了一些復(fù)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(lián)系，而后者最終已整合。”