近日，国际权威期刊《Science Advances》以《Genomic adaptation strategies to habitat switching in Korarchaeota》为题发表了我室博士后宿蕾与合作者的最新研究成果，系统揭示了初古菌门（Korarchaeota）在海洋与陆地极端环境之间的多次适应性演化过程及其与地球重大地质事件的协同演化关系。
作为古菌中的一个古老分支，Korarchaeota属于难培养微生物类群，加之分布环境局限且丰度较低，其生理特性与演化历史的认识长期以来非常有限。该研究通过对Guaymas盆地不同温度梯度下的热液沉积物进行宏基因组测序，整合全球多个典型热液区与热泉的样本数据，成功构建并系统分析了Korarchaeota组装基因组数据集（图1），极大拓展了Korarchaeota的类群多样性，系统揭示了其生态适应与演化历程。
基于全球范围内的Korarchaeota数据集，该研究发现Korarchaeota在其演化历史过程中完成了至少两次从海洋热液系统到陆地热泉栖息环境的跃迁。系统发育分析显示，Korarchaeota的陆地分支独立地嵌套在多个海洋类群之中（图1b和1c），表明经历了栖息环境由海洋向陆地的改变。这种“跨境生存”的背后，是基因组层面的适应性调整：Korarchaeota的
同类群在生活方式、能量代谢策略、渗透调节机制、抗病毒系统等方面均存在显著差异（图2），成为它们成功适应不同理化环境的关键。
研究进一步对比验证Korarchaeota不同分支的演化时间线与地球表层环境的一些重大改组事件高度吻合（图3）。基于分子钟定年推算，Korarchaeota的最近共同祖先大约出现于28.4亿年前，此时地球的大气仍处于低氧状态，Korarchaeota的祖先类群具有利用氢气、固碳的自养代谢特征。约24.2亿年前，即地球大氧化事件初期，Korarchaeota部分类群发展出抗氧化酶系统来应对环境中氧含量的增加。大约15.2亿和12.9亿年前，Korarchaeota发生类群分化与栖息地转变，可能与超大陆的解体与聚合以及相应的全球古环境重构密切相关。这些关键时间节点上的对应，清晰地揭示了微生物演化与地球环境变迁之间的协同演化关系。这一研究不仅拓展了我们对Korarchaeota这一古老类群多样性、代谢潜能和生态角色的认识，也为理解地球早期生命如何响应并适应全球环境演变提供了重要佐证。
图3 初古菌门在早期地球环境中的关键分化节点及其相关的代谢适应机制
论文第一作者为我室博士后宿蕾，通讯作者为我室李江涛教授与加拿大阿尔伯塔大学Kurt Konhauser教授。合作团队来自美国北卡罗来纳大学、丹麦奥胡斯大学、上海交通大学和南方科技大学等。研究受国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国博士后科学基金及上海市基础研究特区计划等项目资助。
全文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.aea1035