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活化石:进化停滞中发现了数百万年的微生物

导读这就像是科幻小说里的东西。Bigelow海洋科学实验室领导的研究表明,以放射线引发的化学反应为食的微生物群已经进化了数百万年。这一发现可

这就像是科幻小说里的东西。Bigelow海洋科学实验室领导的研究表明,以放射线引发的化学反应为食的微生物群已经进化了数百万年。这一发现可能会对生物技术应用和对微生物进化的科学理解产生重大影响。

该论文的主要作者埃里克·贝克拉夫特(Eric Becraft)表示:“这一发现表明,在对进化速度以及我们如何解释生命之树做出假设时,我们必须格外小心。” “有些生物有可能进入进化的全过程,而另一些生物则慢下来爬行,挑战了建立可靠的分子时间轴的挑战。”

Becraft现在是北阿拉巴马大学的生物学助理教授,作为他在Bigelow Laboratory的博士后工作的一部分,完成了这项研究,并于最近在《自然》出版集团的ISME杂志上发表了该研究。

这项名为“念珠菌”的微生物是由这项新研究的共同作者塔利斯·昂斯托特(Tullis Onstott)领导的一组科学家于2008年首次发现的。微生物发现于地球表面以下两英里处的南非金矿中,这些微生物通过矿物质自然放射性衰变引起的化学反应获取所需的能量。他们居住在一个完全独立的生态系统中的充满水的洞穴中,而这些洞穴不受阳光或任何其他生物的依赖。

由于它们独特的生物学特性和孤立性,这项新研究的作者想了解微生物如何进化。他们从地下深处搜索了其他环境样本,并在西伯利亚和加利福尼亚以及南非的其他几个矿山中发现了Candidatus Desulforudis audaxviator。由于每种环境在化学上都不同,因此这些发现为研究人员提供了难得的机会,以寻找人口在其数百万年的进化过程中出现的差异。

比格洛实验室高级研究科学家拉姆纳斯·斯蒂帕纳乌斯卡斯(Ramuas Stepanauskas)说,“我们希望利用这些信息来了解它们如何进化以及什么样的环境条件导致什么样的遗传适应。” “我们认为微生物就像是孤岛上的居民一样,就像达尔文在加拉帕戈斯群岛研究的雀科。”

研究人员使用先进的工具使科学家能够读取单个细胞的遗传蓝图,从而研究了从三大洲获得的126种微生物的基因组。令人惊讶的是,它们几乎都是相同的。

斯捷潘纳斯卡斯说:“这令人震惊。” “他们的妆容一样,所以我们开始挠头。”

科学家没有发现任何证据表明微生物可以长距离传播,在表面生存或在有氧环境中长寿。因此,一旦研究人员确定样品在研究过程中不可能被交叉污染,那么合理的解释就会减少。

斯特凡纳斯卡斯说:“目前我们最好的解释是,由于这些微生物的物理位置在大约1.75亿年前的超Pangaea破裂期间分离了,因此变化不大。” “从那时起,它们似乎是活化石。这听起来很疯狂,并且与当代对微生物进化的理解背道而驰。”

这对于微生物进化的步伐(通常以更快的速度发生)意味着什么是令人惊讶的。已经发现,许多经过充分研究的细菌,例如大肠杆菌,仅在数年内就响应环境变化(例如接触抗生素)而进化。

Stepanauskas和他的同事们推测,他们发现的停滞进化是由于微生物对突变的强大保护,而这种保护已经锁定了他们的遗传密码。如果研究人员正确的话,这将是一个罕见的功能,具有潜在的宝贵利益。

产生DNA分子拷贝的微生物酶,称为DNA聚合酶,广泛用于生物技术中。具有高保真度的酶,或者能够在副本与原始副本之间几乎没有差异的情况下进行自我复制的酶,尤其有价值。

Stepanauskas说:“对DNA聚合酶的需求很高,不会犯很多错误。” 这种酶可能对DNA测序,诊断测试和基因治疗有用。

除了潜在的应用,这项研究的结果可能会产生深远的影响,并改变科学家对微生物遗传学及其进化速度的看法。

Becraft说:“这些发现强有力地提醒我们,从生命树的最后祖先开始,我们在生命树上观察到的各种微生物分支可能会有很大不同。” “了解这一点对于理解地球上的生命历史至关重要。”

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