谁是我们最早的祖先？答案可能在一组特殊的单细胞生物中，这些生物的细胞骨架与复杂生物（如动物和植物）类似。
十年前，没人知道阿斯加德古菌（Asgard archaea）的存在。然而，在2015年，研究深海沉积物的研究人员发现了指示一种新型、之前未发现的微生物的基因片段。
在计算机的帮助下，研究人员将这些片段像拼图一样组合起来，以编译完整的基因组。直到那时，他们才意识到他们正在处理一种之前未知的古菌群体。
像细菌一样，古菌是单细胞生物。然而，在基因上，这两个领域之间存在显著差异，尤其是在它们的细胞外壳和代谢过程方面。
经过进一步的搜索，微生物学家们识别出了相应的生物，描述了它们并将其归类为一个独立的古菌亚群：阿斯加德古菌。它们的名称取自北欧神话中的天堂领域，指的是它们最初在洛基城堡附近——一个位于挪威和斯瓦尔巴特群岛之间的大西洋中脊上的黑烟囱处被发现。
事实上，阿斯加德古菌几乎是为了研究而被天上派来的：它们被证明是古菌和真核生物之间的缺失环节——即古菌和细胞内含有细胞核的生物（如植物和动物）之间的环节。
近年来，研究人员发现越来越多的证据表明，阿斯加德古菌与真核生物之间有着密切的联系，后者可能是由前者演化而来的。将所有生物分为细菌、古菌和真核生物三大领域的分类，并未经得起这一惊人的发现。
一些研究人员因此提出将真核生物视为阿斯加德古菌中的一个群体。这样会将生命的领域数量从三个减少到两个：古菌（包括真核生物）和细菌。
在苏黎世联邦理工学院，马丁·皮尔霍费尔教授及其团队对阿斯加德古菌充满兴趣，并已经研究了这些神秘的微生物多年。
在两年前发表在《自然》杂志上的一篇文章中，苏黎世联邦理工学院的研究人员探讨了洛基古菌（Lokiarchaeum ossiferum）的细胞结构和架构细节。该阿斯加德古菌起源于斯洛文尼亚一个咸水通道的沉积物，研究人员在维也纳大学的克里斯塔·施莱佩尔实验室隔离了它。
在那项研究中，皮尔霍费尔和他的博士后研究员徐静伟和弗洛里安·沃尔维伯展示了洛基古菌具有一些典型的真核生物结构。“我们在该物种中发现了一种蛋白质，显示出与真核生物中的蛋白质非常相似，并且在迄今发现的几乎所有阿斯加德古菌中都存在，”皮尔霍费尔说。
在首次研究中，研究人员结合了不同的显微镜技术，展示了这种称为洛基蛋白（Lokiactin）的蛋白质形成丝状结构，尤其是在微生物的多个触手状突起中。“这些结构似乎为阿斯加德古菌复杂的细胞架构形成骨架，”弗洛里安·沃尔维伯补充道。
除了肌动蛋白丝外，真核生物还拥有微管。这些管状结构是细胞骨架的第二个关键成分，由多种微管蛋白组成。这些微小的管子在细胞内部的运输过程和细胞分裂期间的染色体分离中非常重要。
这些微管的起源一直不清楚——直到现在。在最近发表在《细胞》上的一篇文章中，苏黎世联邦理工学院的研究人员在阿斯加德古菌中发现了相关结构，并描述了它们的结构。这些实验表明，阿斯加德微管蛋白形成了非常相似的微管，尽管比其真核亲属的微管小。
然而，只有少数洛基古菌细胞形成这些微管。与肌动蛋白不同，这些微管蛋白仅在极少数阿斯加德古菌物种中出现。
科学家们尚不理解为什么微管蛋白在洛基古菌中如此稀少，或者它们为何被细胞所需。在真核生物中，微管负责细胞内的运输过程。在某些情况下，运动蛋白在这些管子上“行走”。苏黎世联邦理工学院的研究人员尚未在阿斯加德古菌中观察到这样的运动蛋白。
“然而，我们已证明，这些由微管蛋白形成的管子是在一端生长的。因此，我们怀疑它们执行与真核生物中的微管相似的运输功能，”《细胞》研究的共同第一作者徐静伟表示。他在昆虫细胞中生产微管蛋白并检查其结构。
来自微生物学、生物化学、细胞生物学和结构生物学领域的研究人员在这项研究中密切合作。“如果没有这种跨学科的合作，我们绝对无法取得如此进展，”皮尔霍费尔带着一丝自豪强调。
细胞骨架是否对复杂生命的发展至关重要？尽管一些问题仍未得到解答，研究人员相信细胞骨架是进化真核生物的重要一步。
这个步骤可能是在遥远的时代发生的，当时一个阿斯加德古菌用其附肢缠绕了一种细菌。在进化过程中，这种细菌演变成线粒体，成为现代细胞的动力源。随着时间的推移，细胞核和其他腔室进化而成——真核细胞由此诞生。
“这种显著的细胞骨架可能在这一发展初期起到了重要作用。它可能使阿斯加德古菌能够形成附肢，从而使它们能够与细菌进行交互，进而捕捉并吞噬细菌，”皮尔霍费尔说。
钓取阿斯加德古菌
皮尔霍费尔和他的同事们现在计划将注意力转向肌动蛋白丝和古菌微管蛋白以及由此形成的微管的功能。
他们还目标识别研究人员在这些微生物表面发现的蛋白质。皮尔霍费尔希望他的团队能够开发出专门针对这些蛋白质的抗体。这将使研究人员能够在混合微生物培养中“钓取”特定的阿斯加德古菌。
“我们关于阿斯加德古菌还有很多未解之谜，特别是关于它们与真核生物的关系以及它们不寻常的细胞生物学，”皮尔霍费尔说。“追踪这些微生物的秘密令人非常着迷。”
