自然2024 年 11 月 18 日

经过米歇尔·斯塔尔

微生物，就在细胞分裂之前。 （杜丁实验室）

地球上的生命甚至在培育出第一批动物之前就可能已经具备了形成胚胎的能力。

日内瓦大学生物化学家玛丽娜·奥利维塔领导的一个科学家小组表示，一种生活在浅海淤泥中的单细胞生物在繁殖时与动物胚胎有着惊人的相似之处。它自身分裂的方式类似于胚胎细胞分裂的过程。

所讨论的生物体是一种名为Chromosphaera perkinsii的鱼孢子微生物，由于它已经存在了十亿多年，早在第一批动物出现之前，它的存在表明生命在卵本身之前就为卵制定了程序。

瑞士联邦理工学院的生物化学家 Omaya Dudin解释说：“虽然帕金氏梭菌是单细胞物种，但这种行为表明，早在第一批动物出现在地球上之前，该物种就已经存在多细胞协调和分化过程。”

C. perkinsii的古体分类。 （Olivetti 等人，《自然》，2024）

多细胞动物有机体都以相同的方式开始它们的生命。两个受精卵合并并融合，开始细胞分裂和生长的过程。细胞分裂的初始阶段称为卵裂，在此期间，大量细胞分裂迅速发生，但不生长，这一过程称为“palintomy”。

这个过程的最终产物是一团细胞，中间是空心的，就像覆盆子一样。这称为囊胚。

在动物中也观察到这一过程作为繁殖手段。生物体将自身分裂成多个子细胞，这些子细胞分裂并变得独立。事实上，科学家之前就已经将两者进行了比较。今年早些时候发表的一篇论文提出，鱼孢子虫可能是了解动物起源的绝佳模型。

这是因为鱼孢子动物代表了一类单细胞生物，它们在十亿多年前就从后来产生动物的谱系中分化出来。它们不是动物，但它们密切相关，动物和鱼孢子类之间的任何相似之处都可能在谱系分歧之前从共同的祖先遗传下来。

今年早些时候，包括好利获得在内的一组科学家发表了一篇论文，描述了帕金丝虫以类似于动物有丝分裂的方式进行古体繁殖。

Dudin 和他的同事对C. perkinsii （极少数不是寄生虫的鱼孢子虫之一）进行了一项研究，将其与该类的其他几个成员进行比较，看看是否可以在古体繁殖和动物胚胎之间发现任何进一步的相似之处。分裂。

他们发现，在进行palintomy之后，C. perkinsii会形成一簇细胞，就像囊胚一样。该菌落内至少有两种不同的细胞类型。然后，细胞团在囊胚样集落中度过其生命周期的很大一部分，然后细胞最终分散并蠕动去做自己的事情。

帕金氏梭菌的生命周期。 （Olivetti 等人，《自然》，2024）

这与动物胚胎的发育惊人地相似。这表明发育可能是动物和鱼孢子纲之间的祖先，并且胚胎发育的遗传编程在胚胎出现之前就已经到位。

但大自然也非常擅长复制有效的东西。有时，特征或过程在非常不同的生物体中独立出现，这一过程称为趋同进化。帕金氏梭菌的发育和菌落聚集似乎不寻常；在其他鱼孢子虫中尚未观察到这种现象。

事实上，除了一些零散的部分观察之外，没有其他动物亲属的发育与动物胚胎或帕金氏梭菌相似。这表明趋同进化可能就是答案。但我们也不能排除有共同的祖先。

不管怎样，我们都有有趣的东西要学习。一方面，帕金氏梭菌可以揭示所有动物进化起源的新见解。另一方面，它表明早期生命可用的遗传工具包比我们想象的要通用得多。

研究人员在论文中写道： “未来的研究对于阐明帕金氏梭菌的空间细胞分化是如何建立的至关重要。 ” “尽管如此，我们的研究表明，帕金氏梭菌代表了时间和空间细胞分化之间的过渡形式，为了解导致动物多细胞性出现的进化机制提供了见解。”

该研究已发表在《自然》杂志上。