机械压缩诱导古菌多细胞组织

古菌是与细菌和真核生物并列的三个主要生命领域之一，由于其单细胞性质和缺乏细胞核，经常被忽视，有时被误认为是细菌。然而，古菌存在于从海洋浮游生物到人类微生物群的各种环境中

尽管它们与细菌表面相似，但它们的基因组成长期以来一直表明它们与真核生物（包括植物和动物的领域）有着更密切的进化关系。这项新的研究揭示了古菌在特定物理条件下超越单细胞存在的非凡组织能力

来自布兰代斯大学、剑桥MRC分子生物学实验室和蒂宾根马克斯·普朗克生物学研究所的研究人员对古细菌细胞中遗传和结构特征的独特组合很感兴趣，特别是它们的蛋白质表层而不是刚性细胞壁，他们试图探索这些古老生物的机械生物学

布兰迪斯大学的首席研究员Alex Bisson解释说：“共价结合细胞壁的缺失表明了一种更动态但不那么刚性的结构，这导致了古菌可能‘柔软’且对机械刺激敏感的假设。”这种最初的好奇心导致了一个意想不到的重大发现

他们的研究偶然发现了生命所有三个领域的多细胞性，并证明了机械力在塑造古细菌组织中的重要性。“我们的工作表明，生命复杂性的出现并不局限于生命树上的几个特殊分支——它是一种更深层次的特性，甚至存在于我们长期忽视的谱系中，”马克斯·普朗克生物学研究所的共同主要作者Vikram Alva指出

Alva小组的博士后研究员Pedro Escudeiro补充道：“这项工作还强调了将比较基因组学与可观察特征相结合以揭示新行为背后的基因的力量——这种方法长期以来一直推动着植物和动物的发现。”该研究发表在《科学》杂志上

展示古菌发育途径的视频，强调了与未压缩状态相比，压缩下多细胞的出现。Image caption：布兰迪斯大学机械力在多细胞中的作用

研究小组与火山盐藻（Haloferax volcani）合作，观察到了惊人的转变。火山盐藻是一种在盐滩等极端环境中茁壮成长的有弹性的古生物。当受到机械压缩时，细胞不再经历典型的细胞分裂，而是生长得更大，并组织成含有多组遗传物质的组织状排列

他们的研究描述了柔性外蛋白层如何有助于适应性生长策略。Bisson说：“领导该项目的第一作者Theopi Rados首先观察到并描述了这种非凡的行为。”。Bisson解释说：“正如共同第一作者奥利维亚·利兰（Olivia Leland）所说的那样，这就像细胞被压扁，然后被鼓励长得更宽更高，更像是一块正在发酵的酸面包，而不是传统的细胞分裂。”

当细胞受到特定压力时，它们从孤立的生物体转变为相互连接的细胞群落。拉多斯说：“这种行为可能是由简单的物理约束引发的，涉及细胞骨架重塑，协调的细胞化表明，结构组织的能力在生物学中比以前认为的更深入。”

Bisson补充道：“古菌可以从组织状结构中协调复杂的结构，这一事实表明，大自然可以从看似简单的原材料中产生复杂的特征。”。“通过揭示一小部分自然多样性，我们可以提高我们的智力和医疗需求。”

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剑桥MRC分子生物学实验室的共同主要作者Tanmay Bharat强调了古菌研究对多细胞性的更广泛影响：“我们发现机械压缩会诱导多细胞性，这至少是一个令人惊讶的发现。”他进一步提出，这一发现引发了人们对其他单细胞生物是否可能具有类似的潜在能力来对环境线索产生多细胞性反应的质疑

尽管众所周知，古菌不喜欢被限制，可能是因为它们的细胞包膜结构比其他微生物更脆弱，但古菌组织现在为我们对多细胞性的理解增添了另一个方面。这项研究鼓励其他科学家探索应用类似的刺激是否会促使其他通常的单细胞生物转变为多细胞生物 More information: Theopi Rados et al, Tissue-like multicellular development triggered by mechanical compression in archaea, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adu0047

Journal information: Science