本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
一个被挤压的细菌的肖像。 这个细菌内部附赠一个免费的奖品：一个明显的细菌核，带有核孔，在插图中放大显示。 IM=内膜（可能是核），CW=细胞壁。白色刻度条 = 500纳米，黑色刻度条 = 50纳米。 图片来源：Sagulenko 等人，2017
Gemmata obscuriglobis 擅长打破规则。 就像与这些细菌进行比较的鸭嘴兽一样，它们拥有令人费解的奇特特性。
虽然这存在争议，但它们似乎包含膜结合的隔间。 其中一个隔间包围着它们的 DNA。 这显然会使它成为一个细胞核。 但细菌被认为没有细胞核——因此有了原核生物（“前核”）用于细菌和古细菌，以及真核生物（“真核”）用于所有有核生命（包括所有多细胞生物）。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑订阅我们屡获殊荣的新闻报道以支持我们 订阅。 通过购买订阅，您正在帮助确保关于当今塑造我们世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
引人注目的明显共同点并未止步于此。 最近，科学家们还观察到Gemmata obscuriglobis显然以类似于内吞作用的方式吞噬食物，并在特殊的隔间内制造其 DNA、RNA和蛋白质。 所有这些能力长期以来都被认为是真核生物的专属领域。 迄今为止，令人意想不到的是，离奇相似之处的清单一直延伸到“细胞核”中微小的、错综复杂的孔洞。
地球上每个多细胞生物的细胞内——以及相当多的单细胞生物——都有细胞核，即 DNA 存储隔间。 然而，由于访问 DNA 对于制造蛋白质、运行细胞以及通常维持生命等事情至关重要，细胞核必须具有出口手段。 对于真核生物来说，这意味着核孔，并且细胞核上布满了由许多蛋白质构建的这些结构复杂的门。
为什么要有一个细胞核？隔离基因组允许蛋白质的产生比其他情况下受到更精细的控制。 通过其选择性孔隙，拥有细胞核允许细胞将调节蛋白与 DNA 分离——或将它们与 DNA 一起引入细胞核俱乐部。 这种简单的守门员能力使我们能够对哪些基因何时表达以及表达多少进行更严格的控制。 这种精细的控制或许是地球上所有多细胞生物都拥有细胞核的部分原因。
现在，来自澳大利亚和新西兰的科学家在2 月发表在PLOS ONE上的研究中发现，在 G. obscuriglobis 推定的细胞核中嵌入的是似乎与我们的细胞核相同结构和类型的门控孔——甚至包括孔蛋白的折叠方式。
如果是这样，这意味着以下两个同样令人震惊的事情之一必须是真实的：要么这个卑微的细菌（从澳大利亚昆士兰州马龙大坝附近的淡水中分离出来）是真核生物最近的活亲戚，并且早在很久以前就与我们和细菌的最后共同祖先分裂了。 或者它在相似的压力下独立进化，对相同的细胞和生化问题提供了惊人相似的解决方案，甚至包括其核孔的结构。
这是 G. obscuriglobis 推定的细胞核（看起来像蛋黄的物体）和孔隙（其雀斑）的另一个视图，这次是采用与帖子顶部照片不同的方法制备的。
大图像比例尺，100纳米。 在顶部框中可见孔隙，并在左下角顺序放大的插图中可见。 图片来源：Sagulenko 等人，2017
深入到孔隙本身的层面，令人难以置信的相似之处包括科学家团队解释为附着在膜内部的篮子和附着在两个环上的一系列辐条。
这是真核生物核孔
真核细胞核。 1.)核膜 2.)外环 3.)辐条 4.)篮子 5.)细丝 图片来源：Mike Jones, LadyofHats, R.S. Shaw Wikimedia(CC BY-SA 2.5)
这是根据新研究中的数据得出的Gemmata的初步模型
图片来源：Sagulenko 等人，2017
两个孔隙也显然具有八边形对称性。
在核的外部，真核生物和 G. obscuriblogis 的孔隙看起来都像靶心，其目标被两个环包围。 在下面的照片中，长箭头指向所谓的孔隙。
G. obscuriglobis 的潜在核孔（长箭头）。 箭头指向第二种类型的孔，如果膜折叠起来，它可能只是较大孔的背面。 插图显示孔中心、内环和外环。 黑色刻度条 = 100纳米，白色刻度条 = 50纳米 图片来源：Sagulenko 等人，2017
甚至构成孔隙的某些蛋白质的形状也惊人地相似。 真核生物核孔蛋白质包含一系列称为β-螺旋桨的复杂折叠。 还在从 G. obscuriglobis 推定的核膜中提取的八种蛋白质中发现了这种结构。 另外两种细菌蛋白质与含有称为α-螺线管的第二种复杂形状的真核生物孔蛋白质非常相似。
然而，存在实质性的差异。 细菌的孔隙要小得多——大约只有我们自身的三分之一大小。 而且这些蛋白质的实际氨基酸序列——蛋白质是氨基酸的长链——与真核生物的版本不相似，这表明它们并非只是最近从真核生物捐赠给细菌的。 无论它们的起源如何，这些孔隙都在细菌内部进化，而且很可能已经存在很长时间了。
这些细菌拥有与我们自己的结构惊人相似的核孔，但其结构蓝图没有明显的相似之处，这意味什么？ 该论文的作者提出了两种可能性。 在一种情况下，Gemmata 与最早的真核生物拥有共同的祖先，并且将是我们最近的活细菌亲戚。 这些序列之所以不同，是因为自我们拥有共同祖先以来已经过了很长时间：至少十亿年，甚至可能更长。 如果是这种情况，那么 Gemmata 对于理解我们的进化将非常重要。
另一方面，这些结构可能是在相似的进化压力下独立进化的。 也许由于目前尚不明显的原因，G. obscuriglobis 非常需要对其蛋白质生产机制进行极其精细的控制。 如果是这样，那么这种细菌将是趋同进化的又一个例子——地球上物理相似性的强大力量——但这是一个特别引人注目的例子。 由于孔隙大小和蛋白质成分的巨大差异，作者认为第二种可能性更大。
作者还认为，G. obscuriglobis 的存在也对内共生理论提出了挑战。 这个观点最著名的是由林恩·马古利斯和其他人提出的，它表明复杂生命是由于细菌和古细菌之间的一系列融合而产生的。线粒体——细胞发动机——和叶绿体——太阳能电池板——几乎肯定是这样形成的。 一些人认为细胞核也有类似的起源，可能是在细菌吞噬了古细菌时产生的（我们用来制造 DNA、RNA 和蛋白质的蛋白质与古细菌的蛋白质惊人地相似，除了其他相似之处）。G. obscuriglobis 至少表明，在不融合无关微生物的情况下，有可能添加一种基本的全新细胞结构。
参考文献
Sagulenko, Evgeny, Amanda Nouwens, Richard I. Webb, Kathryn Green, Benjamin Yee, Gary Morgan, Andrew Leis 等人。“在区隔化的细菌中的核孔样结构。”PLOS One (2017): 076430.