最小生命只要238kb大小就能活!这颗“寄生妖精”把生命定义撕成渣


日科研团队捞出238kb古菌,丢光代谢只靠宿主,保留复制系统,刷新生命下限,提示海量寄生微生物未被发现。

生命到底需要多少“零件”才能运转?教科书上说,细胞必须能自我维持——能吃、能呼吸、能合成能量;还得能复制自己,把遗传信息传下去。

但2025年5月,日本筑波大学中屋拓郎团队在太平洋深处捞出一个“幽灵生物”,它只有238,000个碱基对,比之前最小的古菌还小一半,连最基本的糖酵解、三羧酸循环、ATP合酶统统丢光,却仍然能“活”着——因为它把“活”这件事彻底外包给了宿主。这玩意儿没有代谢,只保留了一套复制核心系统,堪称“生命U盘”,插进宿主就能跑。

这不叫刷新认知,这叫把生命定义按在地上摩擦!

“微观世界猎人”中屋拓郎:专抓比哥斯拉小一万倍的细胞外挂

说到这次发现,离不开一个人:中屋拓郎(Takuro Nakayama),日本筑波大学计算科学研究中心副教授,同时也是进化微生物学领域的“隐形猎人”。

他的日常不是泡实验室,而是开着科考船,在太平洋表层用20微米孔径的浮游生物网捞“海水汤”。然后在显微镜下一帧帧扫,只为找出那些体积微小、结构奇特的单细胞真核生物——比如这次的主角甲藻Citharistes regius。

一旦锁定目标,他就用玻璃微针手动挑出单个细胞,再通过多重置换扩增(MDA)技术把细胞里所有共生微生物的DNA一起放大,接着用Illumina、Nanopore甚至PacBio三种平台交叉测序。

十年前,他靠这套方法首次发现真核细胞内共生古菌;如今,他又把更离谱的“须久那古菌”(Candidatus Sukunaarchaeum mirabile)端上科学界餐桌,江湖人称“细胞外挂收割机”。

故事开场:你以为海水里只有鱼?错!还有人类vs哥斯拉级别的细胞套娃

这次发现其实是一次“意外收获”。

中屋团队本意是研究甲藻C. regius与其体内蓝细菌共生体的“合租生活”——这种甲藻自带“口袋”,里面养着橙色蓝细菌,像自带外卖员。但在对单细胞扩增后的DNA进行拼接时,一段只有238kb的环状序列频频跳出来,让所有研究员都以为是拼接错误。“这不可能,”有人嘟囔,“谁家基因组只有238kb?这比短视频还短!”

要知道,此前已知最小的古菌Nanoarchaeum equitans也有490kb。但反复用不同测序平台和四款主流组装软件(SPAdes、Flye、Unicycler、metaMDBG)验证后,结果惊人一致:这就是一个完整、无断裂、无污染的环状基因组。

于是,研究团队决定正式命名它为Candidatus Sukunaarchaeum mirabile——“须久那古菌”,致敬日本神话中身材最矮小却法力无边的神祇“须久那彦名”(Sukuna-bikona),种加词mirabile意为“离谱中的离谱”。

基因组一拆开,全场沉默:代谢基因呢?全被丢进垃圾桶了!

当科学家们把这238kb序列扔进KEGG、eggNOG、TIGRFAM等数据库进行功能注释后,整个实验室陷入死寂。

因为这张“生命清单”干净得像大学食堂收盘子——啥都没剩。
没有糖酵解酶,没有TCA循环组件,没有氨基酸合成通路,没有核苷酸NAD补救合成路径,甚至连最基础的ATP合酶亚基都缺席。
换句话说,它自己完全无法产生能量,也无法合成任何大分子。

但它却保留了52.4%的基因用于“遗传信息处理”(Genetic Information Processing, GIP):包括DNA聚合酶、单链结合蛋白、基础转录因子、RNA聚合酶亚基、31个tRNA、完整的核糖体蛋白(虽然简化)、以及多个翻译质量控制因子。

这意味着它唯一会干的事,就是复制自己的DNA、转录mRNA、翻译蛋白质——但所有原材料都得靠宿主“投喂”。它不是细胞,它是细胞的“复制插件”。

它怎么活下来的?全靠“啃老”——宿主就是它的充电宝+外卖+保姆

没有代谢能力怎么活?答案是:它根本不需要“活”,只需要“寄生”:须久那古菌把宿主当成了移动生命支持系统。

研究团队预测它表面表达了至少8个超大型未知蛋白(最长4756个氨基酸,普通蛋白平均才224),这些蛋白富含跨膜结构域,很可能形成“吸盘+吸管”复合体,直接插入宿主细胞膜,吸走ATP、氨基酸、脂质、核苷酸等所有必需分子。

更惊人的是,这些大型蛋白占了整个基因组编码区的25%——在资源如此紧张的极简基因组里,还保留如此“奢侈”的大蛋白,说明它们对寄生生存至关重要。

这不像共生,更像单方面掠夺,活脱脱微生物界的“沙发冲浪客”:不工作、不产出、不感恩,只负责繁殖。

别以为它是孤例,DPANN家族全是“躺平大师”,只是它躺得最平

须久那古菌并非横空出世,它属于一个名为DPANN的古菌超群(现称Nanobdellati)。

DPANN成员普遍基因组小于1Mb,生活方式高度依赖宿主,常被视为“古菌界的寄生虫”。比如Nanoarchaeum equitans寄生在Ignicoccus上,Parvarchaeum靠附着在其他古菌表面获取营养。

但须久那的特别之处在于:它把“代谢丢弃”推到了极致。对比其他小型基因组生物——哪怕是只有159kb的细菌内共生体Carsonella ruddii——后者至少还保留了部分氨基酸合成能力;而须久那连最基础的能量代谢都不要了。

系统发育分析显示,它可能在DPANN早期就已分化,走上了一条“极简到底”的进化邪路。这相当于在生命马拉松中,别人还在穿跑鞋,它直接脱光裤子裸奔,结果还跑进了决赛圈。

更骚的操作:它可能根本不是甲藻的外挂,而是“外挂的外挂”!

虽然须久那古菌首次是在甲藻C. regius体内发现的,但研究团队对此高度怀疑。因为DPANN古菌传统上寄生对象是其他古菌(如嗜热古菌、氨氧化古菌),而非真核生物。而且,甲藻本身已有蓝细菌共生体,而须久那的基因特征更接近古菌。

更关键的是,团队用FISH荧光原位杂交技术在甲藻细胞上没找到明确信号。于是他们大胆推测:须久那的真正宿主,可能是甲藻口袋里那群蓝细菌,或者是另一种尚未被注意到的“隐形古菌”——换句话说,这是一场“俄罗斯套娃式寄生”:甲藻养蓝细菌,蓝细菌(或未知古菌)养须久那。一层更比一层小,显微镜快变成万花筒了。

网络热搜“它要变病毒”?官方亲自辟谣:别闹,人家有核糖体!

新闻一出,全球媒体炸锅,标题党频出:“古菌正在进化成病毒!”“最小生命,离病毒只差一步!”但中屋拓郎本人亲自下场澄清:病毒没有核糖体,没有tRNA,没有独立翻译能力,完全依赖宿主细胞的蛋白质合成机器。

而须久那古菌虽然代谢全废,却保留了简化但完整的核糖体、16S/23S rRNA、31个tRNA,以及从转录到翻译的全套核心组件。它能自己把mRNA翻译成蛋白——这是细胞的铁证。病毒和细胞之间隔着一条马里亚纳海沟,而须久那坚定站在“细胞”这一岸。它不是病毒前体,它是“寄生到极致的细胞”。

哲学暴击:如果“生命=代谢+繁殖”,那它只带一半buff还算活着吗?

这一发现直接挑战NASA等机构对生命的经典定义——“能够自我维持的化学系统,并能进行达尔文式进化”。

须久那古菌显然无法“自我维持”,但它确实能复制、突变、进化。

荷兰瓦赫宁根大学著名古菌学家Thijs Ettema评论:“我们得更新题库了!自然天天给我们送例外。线粒体和叶绿体曾经也是自由生活的细菌,现在算细胞器;某些内共生体正处在‘半器官化’途中。说它死了?它还能分裂;说它活着?它连饭都不会做。生命不是非黑即白的开关,而是一条光谱。”须久那的存在,逼迫我们重新思考:生命的本质,到底是“能独立运转”,还是“能持续传递遗传信息”?

彩蛋:238kb只是冰山一角,数据库里漂着上百个“须久那2.0”

你以为须久那是个稀有怪?错!中屋团队把它23S rRNA序列丢进全球海洋宏基因组数据库(如Tara Oceans、OceanDNA MAG),虽然完整基因组没找到,但在宏转录组数据中挖出了一整个“须久那支系”(Sukuna-clade)——这些近亲在热带、温带甚至极地海洋都有分布,分支长度与已知古菌门相当,说明多样性极高。

更关键的是,它们在5–20微米的滤膜组分中富集——这正是单细胞真核生物(如小型甲藻、纤毛虫)的常规尺寸。这意味着,全球海洋中可能潜藏着上百种更小、更精简、更离谱的DPANN古菌,只是我们以前用“培养+代谢检测”的方法根本看不到它们。它们不是不存在,是我们太笨。

技术揭秘:三步抓“幽灵”,缺一步都看不到它

他们到底是怎么抓到这只“幽灵”的?答案是极致的耐心+尖端技术组合:
第一步,用20微米网过滤海水,避开大颗粒;
第二步,在显微镜下单手操作玻璃微针,挑出单个C. regius细胞,洗三遍后放入0.5微升纯水中;
第三步,用REPLI-g单细胞扩增试剂盒进行全基因组扩增,再用Illumina NovaSeq + Oxford Nanopore MinION双平台测序,
最后用CheckM2评估完整度(83.68%)和污染(0.18%)。

只有当所有组装软件都输出同一个238kb环状图、所有注释都指向“极简复制机器”时,才敢下结论。这叫“先肉眼锁定,再单细胞放大,最后生信狂魔验证”——普通人连第一步都迈不出。

未来狂想:五年内要么养活它,要么把它改造成人工内共生体

中屋实验室已立下“五年之约”:要么在微流控芯片上成功共培养须久那与其宿主,实时观察寄生过程;要么用CRISPR技术把关键代谢基因插回其基因组,制造“半人工古菌”,反向验证“生命最小基因集”到底包含哪些元件。

该计划已获日本学术振兴会(JSPS)10亿日元资助。如果成功,人类将首次人工重建“从寄生到共生再到细胞器”的进化路径。吃瓜群众请备好瓜子——这不仅是微生物学的突破,更是合成生物学的里程碑。

给你的脑洞作业:如果外星生命也这么“丐”,我们该怎么找?

地球已把生命下限拉到238kb。

那在火星、木卫二、土卫二的冰下海洋中,是否也存在类似“只会复制+吸宿主”的寄生U盘?传统地外生命探测依赖“代谢信号”(如氧气、甲烷),但这类极简生命可能完全不产气、不耗氧、不发光。

未来深空探测器必须升级:搭载单细胞拉曼光谱仪+原位纳米孔测序芯片,看到0.2微米的小点就抓,哪怕它只会复制DNA,也是外星生命实锤。宇宙可能遍地“微生物挂件”,只是我们眼里只认“会吃饭”的。

结尾暴击:别急着刷新三观,微生物界每天都在打人类的脸

今天是最小古菌,明天可能是最小真核生物(已有1.5Mb的微孢子虫),后天可能是更小的细菌(Myxococcus正在路上),大后天或许会发现“只会自我复制的一截环状DNA”——它没有核糖体,靠劫持宿主翻译机器存活。到那时,“生命”的定义将彻底崩塌。但没关系,科学就是在不断被推翻中前进。须久那古菌不是终点,它只是大海中的一滴水,提醒我们:生命的可能性,远比想象中更野、更怪、更自由。