研究员
概述
日本京都——由日本海洋地球科学技术机构 (JAMSTEC) 的 Hiroyuki Imachi 和 Masaru K. Nobu 领导的合作研究小组，包括京都大学的 Satoshi Nakakawa，首次分离并培养了两种 Heimdallarchaeia 菌株，这是一组古细菌，是已知的与真核生物最接近的古细菌亲戚之一，真核生物包括人类和其他动物，以及植物和真菌。通过直接检查它们的细胞和生活方式，研究小组获得了迄今为止关于真核生物的古菌祖先可能是什么样子以及它们如何生活的最清晰的图景。
复杂的真核细胞是如何出现的仍然是生物学中最大的谜团之一。一个主要的假设是，当属于原耳菌门的古细菌细胞与最终形成线粒体的细菌形成密切伙伴关系时，它们就出现了。 2020 年，JAMSTEC 团队首次从深海沉积物中培育出该组的成员，菌株 MK-D1。基于其细胞结构和代谢，团队提出了真核生物起源的E3模型。
后来对环境DNA的研究表明，Heimdallarchaeia是Promethearchaeota中的一个谱系，是真核生物最接近的古菌亲戚。一些研究人员提出，它们可能已经拥有复杂的内部结构和/或使用氧气的能力，就像真核生物一样。然而，由于它们从未在实验室中培养，因此它们的细胞组织和生理学仍未得到验证。在这项研究中，研究小组成功培养了两种菌株并对其进行了直接检测。
研究人员发现，两种菌株的内部结构都很简单，缺乏细胞核等膜结合细胞器。相反，细胞表面很复杂，延伸出多个长的、分支的膜突起。这些突起促进了与其他微生物的附着和共生伙伴关系的形成。尽管这两种菌株都是不依赖氧气的（厌氧）微生物，但其中一种菌株有多个系统来保护自己免受氧气的影响，并且即使最初存在少量氧气，只要利用氧气（需氧）细菌也存在，它们也可以生长。
真核生物与古细菌的区别在于它们复杂的内部结构以及与前细菌的内部共生，但这两者的表现方式仍然是个谜。首先，目前的研究结果表明，真核生物的古菌祖先内部可能仍然很简单。其次，研究小组进一步发现表面结构介导的共生是古细菌结构复杂性与共生之间的第一个生物联系。
这支持了这样的观点：真核细胞的内部复杂性是通过表面结构介导的与线粒体细菌祖先的共生而发展起来的。第三，结果还表明，这种早期伙伴关系可能是在低氧环境中开始的，并且伙伴关系可能帮助厌氧古菌应对氧气。其中一种古细菌最终可能将线粒体的细菌祖先带入其细胞中，导致其细胞结构和新陈代谢发生重大变化，并最终进化成一种古老的真核生物。
新培养的Heimdallarchaeia为研究真核生物起源提供了实验模型。通过研究它们的细胞结构以及与微生物伙伴的相互作用，研究人员希望更好地了解简单的古细菌细胞如何产生复杂的真核细胞。
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