本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
一個被擠壓的細菌的肖像。 這個細菌內部附贈一個免費的獎品：一個明顯的細菌核，帶有核孔，在插圖中放大顯示。 IM=內膜（可能是核），CW=細胞壁。白色刻度條 = 500奈米，黑色刻度條 = 50奈米。 圖片來源：Sagulenko 等人，2017
Gemmata obscuriglobis 擅長打破規則。 就像與這些細菌進行比較的鴨嘴獸一樣，它們擁有令人費解的奇特特性。
雖然這存在爭議，但它們似乎包含膜結合的隔間。 其中一個隔間包圍著它們的 DNA。 這顯然會使它成為一個細胞核。 但細菌被認為沒有細胞核——因此有了原核生物（“前核”）用於細菌和古細菌，以及真核生物（“真核”）用於所有有核生命（包括所有多細胞生物）。
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引人注目的明顯共同點並未止步於此。 最近，科學家們還觀察到Gemmata obscuriglobis顯然以類似於內吞作用的方式吞噬食物，並在特殊的隔間內製造其 DNA、RNA和蛋白質。 所有這些能力長期以來都被認為是真核生物的專屬領域。 迄今為止，令人意想不到的是，離奇相似之處的清單一直延伸到“細胞核”中微小的、錯綜複雜的孔洞。
地球上每個多細胞生物的細胞內——以及相當多的單細胞生物——都有細胞核，即 DNA 儲存隔間。 然而，由於訪問 DNA 對於製造蛋白質、執行細胞以及通常維持生命等事情至關重要，細胞核必須具有出口手段。 對於真核生物來說，這意味著核孔，並且細胞核上佈滿了由許多蛋白質構建的這些結構複雜的門。
為什麼要有一個細胞核？隔離基因組允許蛋白質的產生比其他情況下受到更精細的控制。 透過其選擇性孔隙，擁有細胞核允許細胞將調節蛋白與 DNA 分離——或將它們與 DNA 一起引入細胞核俱樂部。 這種簡單的守門員能力使我們能夠對哪些基因何時表達以及表達多少進行更嚴格的控制。 這種精細的控制或許是地球上所有多細胞生物都擁有細胞核的部分原因。
現在，來自澳大利亞和紐西蘭的科學家在2 月發表在PLOS ONE上的研究中發現，在 G. obscuriglobis 推定的細胞核中嵌入的是似乎與我們的細胞核相同結構和型別的門控孔——甚至包括孔蛋白的摺疊方式。
如果是這樣，這意味著以下兩個同樣令人震驚的事情之一必須是真實的：要麼這個卑微的細菌（從澳大利亞昆士蘭州馬龍大壩附近的淡水中分離出來）是真核生物最近的活親戚，並且早在很久以前就與我們和細菌的最後共同祖先分裂了。 或者它在相似的壓力下獨立進化，對相同的細胞和生化問題提供了驚人相似的解決方案，甚至包括其核孔的結構。
這是 G. obscuriglobis 推定的細胞核（看起來像蛋黃的物體）和孔隙（其雀斑）的另一個檢視，這次是採用與帖子頂部照片不同的方法制備的。
大影像比例尺，100奈米。 在頂部框中可見孔隙，並在左下角順序放大的插圖中可見。 圖片來源：Sagulenko 等人，2017
深入到孔隙本身的層面，令人難以置信的相似之處包括科學家團隊解釋為附著在膜內部的籃子和附著在兩個環上的一系列輻條。
這是真核生物核孔
真核細胞核。 1.)核膜 2.)外環 3.)輻條 4.)籃子 5.)細絲 圖片來源：Mike Jones, LadyofHats, R.S. Shaw Wikimedia(CC BY-SA 2.5)
這是根據新研究中的資料得出的Gemmata的初步模型
圖片來源：Sagulenko 等人，2017
兩個孔隙也顯然具有八邊形對稱性。
在核的外部，真核生物和 G. obscuriblogis 的孔隙看起來都像靶心，其目標被兩個環包圍。 在下面的照片中，長箭頭指向所謂的孔隙。
G. obscuriglobis 的潛在核孔（長箭頭）。 箭頭指向第二種型別的孔，如果膜摺疊起來，它可能只是較大孔的背面。 插圖顯示孔中心、內環和外環。 黑色刻度條 = 100奈米，白色刻度條 = 50奈米 圖片來源：Sagulenko 等人，2017
甚至構成孔隙的某些蛋白質的形狀也驚人地相似。 真核生物核孔蛋白質包含一系列稱為β-螺旋槳的複雜摺疊。 還在從 G. obscuriglobis 推定的核膜中提取的八種蛋白質中發現了這種結構。 另外兩種細菌蛋白質與含有稱為α-螺線管的第二種複雜形狀的真核生物孔蛋白質非常相似。
然而，存在實質性的差異。 細菌的孔隙要小得多——大約只有我們自身的三分之一大小。 而且這些蛋白質的實際氨基酸序列——蛋白質是氨基酸的長鏈——與真核生物的版本不相似，這表明它們並非只是最近從真核生物捐贈給細菌的。 無論它們的起源如何，這些孔隙都在細菌內部進化，而且很可能已經存在很長時間了。
這些細菌擁有與我們自己的結構驚人相似的核孔，但其結構藍圖沒有明顯的相似之處，這意味什麼？ 該論文的作者提出了兩種可能性。 在一種情況下，Gemmata 與最早的真核生物擁有共同的祖先，並且將是我們最近的活細菌親戚。 這些序列之所以不同，是因為自我們擁有共同祖先以來已經過了很長時間：至少十億年，甚至可能更長。 如果是這種情況，那麼 Gemmata 對於理解我們的進化將非常重要。
另一方面，這些結構可能是在相似的進化壓力下獨立進化的。 也許由於目前尚不明顯的原因，G. obscuriglobis 非常需要對其蛋白質生產機制進行極其精細的控制。 如果是這樣，那麼這種細菌將是趨同進化的又一個例子——地球上物理相似性的強大力量——但這是一個特別引人注目的例子。 由於孔隙大小和蛋白質成分的巨大差異，作者認為第二種可能性更大。
作者還認為，G. obscuriglobis 的存在也對內共生理論提出了挑戰。 這個觀點最著名的是由林恩·馬古利斯和其他人提出的，它表明複雜生命是由於細菌和古細菌之間的一系列融合而產生的。線粒體——細胞發動機——和葉綠體——太陽能電池板——幾乎肯定是這樣形成的。 一些人認為細胞核也有類似的起源，可能是在細菌吞噬了古細菌時產生的（我們用來製造 DNA、RNA 和蛋白質的蛋白質與古細菌的蛋白質驚人地相似，除了其他相似之處）。G. obscuriglobis 至少表明，在不融合無關微生物的情況下，有可能新增一種基本的全新細胞結構。
參考文獻
Sagulenko, Evgeny, Amanda Nouwens, Richard I. Webb, Kathryn Green, Benjamin Yee, Gary Morgan, Andrew Leis 等人。“在區隔化的細菌中的核孔樣結構。”PLOS One (2017): 076430.