古菌作為地球上古老的生命形式之一，長期以來被認為是單細胞生物中的“另類”。它們在極端環境中的生存能力引發了科學家對它們生理、生態功能的廣泛關注?？茖W家一直對極端環境下生存的生物抱有極大的好奇心。南極的深湖，以其極低的溫度、極高的鹽度，成為研究生命極限和適應性的理想場所。


南極深湖。攝影：里卡多·卡維基奧利教授（Professor Ricardo Cavicchioli）。圖片來源：uts.edu.au

“海洋與濕地”（OceanWetlands）小編注意到，一項由悉尼科技大學、荷蘭皇家海洋研究所等多家機構研究人員共同完成的研究，于2024年8月2日發表在《自然通訊》期刊上。該研究首次揭示了生活在南極極端環境下的古菌（archaea）中存在一種令人驚訝的寄生行為。

長期以來，人們對古菌的認知主要集中在它們對極端環境的適應能力上。然而，這項最新研究將人們的視線引向了古菌的生態角色。研究人員在南極深湖（Deep Lake）中發現了一種特殊的古菌，它們不僅能夠在極寒、高鹽的環境中生存，還進化出了一種獨特的生存策略——寄生。


上圖：電子顯微鏡下顯示了寄生的南極納米鹽古菌（Ca. Nha. antarcticus）附著在其宿主深湖古菌（Hrr. lacusprofundi）上的圖像。攝影：喬舒亞·N·漢姆（Joshua N. Hamm）。圖片來源：uts.edu.au


上圖：宿主生物深湖古菌（Halorubrum lacusprofundi）是一種喜鹽生物，也分布在澳大利亞的赫特湖（Hutt Lagoon）粉紅湖中。攝影：Yan Liao。

這些古菌屬于DPANN古菌（DPANN archaea）這一支系，其特點是體型微小、基因組簡化、代謝能力有限。研究人員通過先進的顯微技術，觀察到DPANN古菌能夠附著在另一種噬鹽古細菌（Halorubrum lacusprofundi）的古菌上，并最終侵入宿主細胞，導致宿主細胞破裂死亡。這種行為與病毒的感染過程極為相似。

具體來說，這個研究發現，這種古菌在與宿主細胞的相互作用中表現出類似“捕食”的行為，能夠導致宿主細胞的裂解。研究團隊通過活體熒光顯微鏡、低溫相關光電子顯微鏡和電子冷凍斷層掃描等技術，觀察到Nanohaloarchaeum antarcticus在宿主細胞內積累并引發宿主細胞破裂。這一發現首次為古菌的捕食性行為提供了實驗證據。


上圖：實時熒光觀察和qPCR分析結果證實了Ca. Nha. antarcticus能夠侵入Hrr. lacusprofundi細胞、并引起其破裂。圖片來源：Hamm, J.N., Liao, Y., von Kügelgen, A. et al.

研究人員認為，DPANN古菌的寄生行為在南極生態系統中扮演著重要的角色。它們不僅能夠通過捕食獲得營養，還能夠通過釋放宿主細胞中的物質，為其他微生物提供食物來源，從而影響整個生態系統的物質循環。這項研究不僅深化了人們對古菌生態學功能的理解，也為研究地球上其他極端環境中的微生物提供了新的視角。此外，這項發現也為開發新型抗生素和治療方法提供了潛在的啟示。

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編譯 | 王芊佳
編輯 | Samantha
排版 | 綠葉

參考資料略

來源: 海洋與濕地