科技日報(bào)記者 張佳欣

人類身體里的每一個(gè)細(xì)胞都像一座精密運(yùn)轉(zhuǎn)的工廠，比如，細(xì)胞核負(fù)責(zé)信息管理，線粒體提供能量，各種結(jié)構(gòu)分工明確。

但如果把時(shí)間倒退幾十億年，地球上的生命卻簡單得多。那時(shí)候，大多數(shù)只是結(jié)構(gòu)單一的微生物。

一個(gè)至今仍讓生物學(xué)家頭疼的問題是，當(dāng)今這樣復(fù)雜的細(xì)胞，究竟是如何從簡單生命演化出來的？

生物學(xué)中一個(gè)由來已久的理論認(rèn)為，第一個(gè)真核生物起源于遠(yuǎn)古古菌和細(xì)菌的緊密結(jié)合，最終其中一方吞噬了另一方。這種結(jié)合產(chǎn)生了線粒體，也就是細(xì)胞的“能量工廠”。

但兩個(gè)原本獨(dú)立的生命，為什么沒有彼此排斥，反而走向深度“合作”？這個(gè)過程一直缺少可以直接觀察的證據(jù)。

于是，澳大利亞新南威爾士大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)把目光投向疊層石。這種看似普通的巖石，其實(shí)是微生物一層層生長形成的結(jié)構(gòu)，歷史可追溯到35億年前。在澳大利亞鯊魚灣，這種生態(tài)系統(tǒng)至今仍然存在，它就像一扇通往遠(yuǎn)古生命世界的窗口。

在那里，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一類被稱為“阿斯加德古菌”的微生物。這類生物近年來受到關(guān)注，因?yàn)樗鼈兊幕蛑幸呀?jīng)出現(xiàn)一些后來復(fù)雜細(xì)胞才具備的分子結(jié)構(gòu)，被認(rèn)為可能是接近真核生命的祖先類型。但比起它們“像什么”，科學(xué)家更關(guān)心的是它們“如何生活”。他們發(fā)現(xiàn)，這些古菌幾乎無法單獨(dú)生存，總是依賴其他微生物共同存在。

阿斯加德古菌在自然生境之外極難培養(yǎng)，科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中耗費(fèi)了四五年時(shí)間，反復(fù)優(yōu)化條件，始終無法獲得純培養(yǎng)物。在低溫電子斷層掃描顯微鏡的幫助下，他們終于看到，兩種微生物不僅通過納米管相連，古菌表面還萌發(fā)出鏈狀的小泡和更為復(fù)雜的管狀結(jié)構(gòu)。更關(guān)鍵的是，兩者各自制造著對方所需的化合物，包括維生素、營養(yǎng)物質(zhì)和氫氣，形成了一種互惠共生的關(guān)系。

借助深度學(xué)習(xí)技術(shù)，科學(xué)家還預(yù)測了這些微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，從中發(fā)現(xiàn)了某些極為古老的細(xì)胞“分子機(jī)器”的雛形，正是這些機(jī)器，后來演化成為復(fù)雜生命細(xì)胞的核心部件。

這些仍然存在于海底的微生物，并不能直接回答復(fù)雜生命如何誕生，卻讓科學(xué)家第一次看到，簡單生命之間的“合作”可以具體到如此程度。這些微小而具體的聯(lián)系，或許正是通往復(fù)雜生命起點(diǎn)的那把鑰匙。