15 元古宙-古元古代-層侵紀:阿斯加德,細胞骨架
? ? ? ? 21億年前的層侵紀后期,當細菌們利用休倫大冰期來穩(wěn)固自己的統(tǒng)治之時,一支古菌卻開始另辟蹊徑,尋求一種能夠出奇制勝的方式。
? ? ? ??由于自身無法利用氧氣,這一支古菌看向了周圍,那里有一些含有SOD以及有氧呼吸鏈的α-變形菌。我們知道,這些古菌的糖代謝僅有糖酵解(即呼吸作用的第一階段)。在這一代謝途徑中,1分子葡萄糖僅能夠產(chǎn)生2分子ATP,能量利用率極低。因此,它們開始將這些代謝產(chǎn)物轉運到細胞外部供那些α-變形菌使用,再將細菌產(chǎn)生的多余ATP納為己有。從此,地球上第一次的“共生(mutualism)”出現(xiàn)了。
? ? ? ?當然,這種策略很可能當時有很多古菌都有考慮過,但是這一支古菌不同,它們具有一種全新的結構——細胞骨架(cytoskeleton)?。它們的名字,叫做阿斯加德古菌(Asgard)。

? ? ? ? 細胞骨架之中,含量最高的是微絲(microfilament,MF)。而微絲中,主要有三種成分:肌動蛋白(actin),肌球蛋白(myosin)以及其他的MF結合蛋白。


肌動蛋白(Actin)
? ? ? ??微絲(microfilament)又叫做肌動蛋白絲(actin filament)。顧名思義,它們是由大量肌動蛋白(actin)組合成的絲狀纖維。其中肌動蛋白單體被稱為G-肌動蛋白(globular actin),而聚合成纖維狀的肌動蛋白聚合物被稱為F-肌動蛋白((fibrous actin)。而微絲的核心部分就是兩股F-actin擰成的,直徑7nm的紐鏈。現(xiàn)存真核生物中,肌動蛋白有三類:分別是α-,β-,γ-actin。其中β-actin是構成細胞骨架中MF的主要肌動蛋白成分,也是最早的那批古菌中所含有的肌動蛋白類型。? ?

? ? ? ? 毋庸置疑,微絲的組裝也是需要條件的。微絲的成核位點是Arp2/3復合物,它可以充當裝配的啟動器,所有的微絲都必須在這個復合體上開始裝配。常用關于微絲的藥物有兩種:細胞松弛素可以切斷微絲,組織它們再次聚合:而鬼筆環(huán)肽則能夠穩(wěn)定微絲,組織微絲的解聚。因此,在對于微絲的研究中,研究員常常使用鬼筆環(huán)肽連上紅色熒光染料羅丹明(Rhodamine)來顯示它們。


肽染色(自翟中和《細胞生物學(第五版)》)
? ? ? ? 成核蛋白們還能夠在微絲纖維上啟動裝配,就像是在腳手架的側方在搭建一個腳手架。它們以一個70°的夾角使微絲分枝,并形成一個復雜的樹狀結構。


肌球蛋白(Myosin)
? ? ? ??肌動蛋白僅僅是細胞內錯綜復雜的腳手架,在這上面當然需要有辦事的“員工”,這其中最重要的一種是肌球蛋白(myosin)。最早的肌球蛋白可能也僅僅是一個普通的微絲結合蛋白,然后它們改造了頭部的結構,這樣它們可以結合ATP,并利用ATP水解釋放的能量,來完成在微絲上爬行的能力。

? ? ? ?I型肌球蛋白只有一個單體,難以完成更復雜的運動。因此,一些古菌將兩個肌球蛋白單體的尾部交聯(lián)起來,使其成為一個具有兩個頭部的二聚體蛋白質,諸如V型肌球蛋白。它們的兩個頭部就類似于現(xiàn)在生物的兩只腳,可以以“邁步”的方式在微絲上行走。而它們每一步的長度。又恰恰是微絲雙鏈螺旋一圈的螺距——13個肌動蛋白。這就是細胞骨架最早的組件方式。


? ? ? ? 而在具有了細胞骨架之后,這些古菌便有能力來構造出一些更加堅固的結構——應力纖維(stress fiber)以及細胞皮層(cell cortex)。有了這些骨架,它們便可以構造出一些突出細胞表面的結構——這些結構被稱為偽足(pseudpodium),包含片狀偽足(lamellipodium)和絲狀偽足(filopodium)。


生物類群:阿斯加德古菌(Asgard)
生物定位:新壁總域-古核生物域-變形古菌界-阿斯加德超門
存在時間:約2100Ma至今
代表物種:奧丁古菌,索爾古菌,悟空古菌。嚴格上說包含所有真核生物