改写教科书！诺奖得主30年前的预测终被印证，科学家发现全新生命痕迹
本文转载自“丁香学术”
真核生物是指所有单细胞或多细胞的、其细胞具有细胞核的生物，而固醇类化合物种类繁多，广泛分布于生物界，是真核生物物种具有生命的特征。按其原料来源可分为动物性甾醇、植物性甾醇和菌类甾醇等三大类。其中，胆固醇是高等动物细胞的重要组分，它与长链脂肪酸形成的胆固醇酯是血浆脂蛋白及细胞膜的重要组分之一。
在地球的历史中，真核生物的繁荣似乎出人意料地晚了一些。这一观点是基于中元古代（约16亿到8亿年前）在海洋沉积物中检测的真核生物化石的低多样性，以及一种真核膜甾醇的分子化石——甾烷的缺失。分子时钟表明，最后一个真核生物共同的祖先（Last Eukaryotic Common Ancestor，LECA）大约在12亿至18多亿年前出现，但真核生物残骸的稀缺很难佐证分子时钟的结果。2023年6月8日，澳大利亚国立大学的研究人员在《自然》杂志上发表题为“Lost world of complex life and the late rise of the eukaryotic crown”的研究，他们在拥有16.4亿年历史的化石中，发现了一种新的生物标志物——原生类固醇。新发现的生物标志物特征指向一系列以前未知的生物，这些生物在大约十亿年前主导了地球上的复杂生命。这种生活在至少16亿年前的古代生物是真核生物家族的一部分，或是人类最早期的祖先。它们不同于我们所知道的复杂的真核生命，例如动物、植物和藻类的细胞结构和可能的新陈代谢，它们适应了大气中氧气比今天少得多的世界。1964年，德国生物化学家Konrad Bloch因胆固醇及脂肪酸生物合成的研究贡献而荣获诺贝尔奖。值得一提的是，早在1994年，Konrad Bloch就预测了这种原生类固醇的存在。他提出，从羊毛甾醇到胆固醇的长生物合成途径中的每一个短寿命中间体在数亿年前都曾经是完全适应的最终产物，并且这些产物都是对其前体的进化与改进。然而，他认为，由于这些中间原始分子无法在地质记录中生存，所以这些分子永远不会被发现。与之相反，该研究的作者Nettersheim对找到原生类固醇抱有希望，于是开始在古代岩石中寻找他们的存在。
为了深入了解那些隐藏的真核生物的进化生态学，澳大利亚国立大学的Jochen Brocks教授Nettersheimsaid博士对数十块化石进行深入研究与分析，在来自 16.4亿年前的一块岩石中，研究人员发现了丰富的原生类固醇的分子遗迹。这是目前人类已知谱系中最古老的遗迹，揭示了早期复杂生物的存在。这些生物在LECA之前进化，后来已经灭绝。但该研究颠覆了Konrad Bloch的假设，研究结果表明现实并非如此，微量的原生类固醇可以在岩石中持续超过十亿年。图2 早期真核生物进化的地质时间图（图源：[1]）图3 固醇生物合成途径随时间的演变（图源：[1]）研究人员表示，这些古老的生物在世界各地的海洋生态系统中都较为丰富，原生类固醇揭示了一个生态上突出的「原类固醇生物群」，该生物群至少在16亿到8亿年前的水生环境中广泛而丰富，可能包括古老的原类固醇产生菌和深分支茎群真核生物，在地球以往的大部分时间里塑造了生态系统。“尽管不知道这些原生类固醇生物究竟长什么样，但是这些生物群肯定比细菌更复杂，而且可能更大。我们相信它们可能是地球上第一批捕食和吞噬细菌的捕食者，从大约16亿年前一直繁衍到约8亿年前。”Jochen Brocks教授介绍，“正如只有恐龙灭绝了，我们的哺乳动物祖先才能变得庞大而丰富一样，原生类固醇生物群也必须在10亿年前消失，才能为现代真核生物腾出空间。”图4 对海底「原甾醇生物群」的两种原始真核生物的想象（图源：Orchestrated in MidJourney by TA 2023）Nettersheim总结道：地球在其历史的大部分时间里都是一个微生物世界，几乎没有留下任何痕迹，原生类固醇的发现使我们更接近了解我们最早的祖先是如何生活和进化的。[1]Brocks, J.J., Nettersheim, B.J., Adam, P. et al. Lost world of complex life and the late rise of the eukaryotic crown. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06170-w
页面更新：2024-03-01
标签：固醇 生物群 年前 类固醇 胆固醇 化石 教科书 祖先 细胞 痕迹 分子 生命 生物
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