12月19日Science雜志公布了2019年度十大科學(xué)突破。今年的Science十大科學(xué)突破之首是首幅黑洞圖像，除此之外，今年的十大科學(xué)突破中生物類的包括：丹尼索瓦人的新發(fā)現(xiàn)，終于有了治療埃博拉病毒的藥物，一種改變著名“三域?qū)W說”全新的古細(xì)菌，第一次有了可以治療大多數(shù)囊性纖維化病例的藥物，以及與營養(yǎng)不良作斗爭的腸道微生物。

　　一種全新的古細(xì)菌填補(bǔ)空白

　　地球上，最早的原核細(xì)胞祖先大約出現(xiàn)在30億年前，而它們經(jīng)過10億年的演化之后，才出現(xiàn)了最早的真核細(xì)胞祖先，而人類也是由這些真核細(xì)胞逐漸演化才產(chǎn)生的。

　　真核生物是包括人類，其他動物，植物和許多單細(xì)胞生物的群體。與原核細(xì)胞相比，真核細(xì)胞具有多種典型的細(xì)胞器和由核膜包括的細(xì)胞核，真核細(xì)胞更復(fù)雜，并且與原核細(xì)胞已經(jīng)出現(xiàn)了隔離，因此想要了解真核細(xì)胞的演化過程就更加困難。

　　20世紀(jì)70年代，美國伊利諾伊大學(xué)微生物系的教授Carl Woese發(fā)現(xiàn)了一種外形上與大腸桿菌相似、能產(chǎn)生甲烷的微生物。這種微生物的核糖體RNA與大腸桿菌等大多數(shù)細(xì)菌具有明顯的差異，而與生活在高鹽、溫泉或火山口環(huán)境中的微生物具有更近的親緣關(guān)系。這一發(fā)現(xiàn)公布在PNAS雜志上。由此Woese提出了劃時代的“三域?qū)W說”，其中三種域包括，細(xì)菌、古生菌和真核生物。

　　然而2010年，科學(xué)家在對北冰洋海底采集的沉積物巖心進(jìn)行DNA分析時，他們發(fā)現(xiàn)了一些令人驚訝的東西。一種以前未知的屬于古細(xì)菌（Archaea）的微生物，而它的基因組特征似乎與真核生物（Eukaryota）有關(guān)。

　　不過當(dāng)時由于發(fā)現(xiàn)太驚人，一些科學(xué)家質(zhì)疑：樣品是否被巖心的其他東西所污染了？

　　但來自橫須賀日本海洋地球科學(xué)與技術(shù)局的微生物學(xué)家Hiroyuki Imachi和Ken Takai等人沒有放棄，他們在含有各種營養(yǎng)素和其他物質(zhì)的玻璃管中培養(yǎng)含有微生物的泥漿的小樣本。一年后，他們在其中一個試管中檢測到微生物，其中還含有四種抗生素以殺死任何污染細(xì)菌。

　　來自試管的樣品的DNA分析表明它包括Asgard archaeon，它們希望生長的微生物。在不到一個小時的時間內(nèi)，這種微生物的數(shù)量大約需要20天才能使雙細(xì)菌數(shù)量增加一倍，但最終，他們獲得了足夠的有機(jī)體來研究它。

　　日本研究人員用希臘神普羅米修斯(Prometheus)用泥漿制造人類這一故事將這種微生物命名為Prometheoarchaeum syntrophicum。

　　在培養(yǎng)的早期，Imachi觀察到樣品中含有豐富的硫酸鹽還原菌。只有當(dāng)這種菌被抗生素殺死后，古生菌和產(chǎn)甲烷菌才會逐漸富集，并且這兩者表現(xiàn)出一種共生關(guān)系。Prometheoarchaeum會首先分解食物中的氨基酸，釋放出氫氣，但氫氣的積累可能會導(dǎo)致降低Prometheoarchaeum的生長速度。而共生菌能消耗氫氣，促進(jìn)它的生長和繁殖。這些復(fù)雜的協(xié)作關(guān)系，也正是導(dǎo)致這種古生菌難以在實驗室培養(yǎng)的一個原因。

　　研究人員對所有微生物的DNA進(jìn)行了測序，證實它確實含有一些看起來像真核生物中發(fā)現(xiàn)的基因，就好像Prometheoarchaeum已經(jīng)準(zhǔn)備好成為真核生物一樣。

　　在培養(yǎng)出微生物后，研究人員使用電子顯微鏡對其進(jìn)行成像，揭示了多個分支的附屬物。研究人員假設(shè)，在很久以前，一個古細(xì)菌圍繞著原始線粒體形成了新的微生物。研究人員提出，隨著地球早期氧濃度的增加，像Prometheoarchaeum這樣的古細(xì)菌吸收了吸氧伴侶，比其他微生物長得更好。

　　最終，研究人員得出了一些結(jié)論，比如Prometheoarchaeum只有在一種或兩種微生物存在的情況下才會生長，這兩種微生物分別是古甲烷菌和氟脫硫弧菌。當(dāng)Prometheoarchaeum將氨基酸分解成食物時，它會產(chǎn)生氫，而其他微生物則以氫為食。

　　還有這種細(xì)菌可以產(chǎn)生類似于“觸角”的附屬物?；诎ā坝|覺”在內(nèi)的這些觀測、基因組中包含的代謝信息以及當(dāng)時的地球演化環(huán)境，Imachi提出了真核細(xì)胞演化的纏繞-包裹-奴役（Entangle-Engulf-Enslave）的E3模型。