生命如何在极端条件下茁壮成长
极端的大气条件、极端的化学环境和极端的温度。曾几何时，地球如此炎热，所有的水都变成了水蒸气，只有当地球足够冷时，才会下第一场雨。不久之后，生命出现了，通过这一切，生命找到了出路。今天，在我们所看到的地球上几乎所有地方都可以找到生命;很难找到没有生命存在的地方。生命适应多变条件的非凡能力是其决定性特征之一。在众多适应性中，生命适应不同温度的能力是最有趣的一种。所有的生命都依赖于化学反应，而化学反应本质上对温度很敏感。然而，生命存在于各种温度范围内，从南极冰架到海底火山的边缘。这就引出了一个问题，生命如何适应不同的温度?为了试图解开这个问题，由东京工业大学地球生命科学研究所 (ELSI) 的 Paula Prondzinsky 和 Shawn Erin McGlynn 领导的研究小组最近调查了一组称为产甲烷菌的生物。
产甲烷菌是产甲烷的单细胞微生物，属于“古细菌”(没有细胞核的古老单细胞生物，被认为是真核细胞的前身)的更大领域。作为一个单一的生理群体，产甲烷菌可以在 -2.5 o C 到 122 o C的一系列极端温度下茁壮成长，使它们成为研究温度适应的理想候选者。
在这项工作中，研究人员分析和比较了不同种类产甲烷菌的基因组。他们根据产甲烷菌生长的温度将产甲烷菌分为三组——耐热(高温)、耐冷(低温)和嗜温(环境温度)。然后，他们从称为基因组分类数据库的资源中构建了一个包含 255 个基因组和蛋白质序列的数据库。接下来，他们从普通和稀有原核生物生长温度数据库中获得了实验室收集的 86 种产甲烷菌的温度数据。结果是一个将基因组内容与生长温度联系起来的数据库。
之后，研究人员使用一种名为 OrthoFinder 的软件来建立不同的正交群——一组基因源自所研究物种的最后一个共同祖先中存在的单个基因。然后，他们将这些正交基团分为 i) 核心(存在于超过 95% 的物种中)，ii) 共享(存在于至少两个物种中，但存在于不到 95% 的生物体中)，以及 iii) 独特的(仅存在于一个物种中)单一物种)。他们的分析表明，大约三分之一的致甲基因组在所有物种中共享。他们还发现，随着进化距离的增加，物种间共享基因的数量会减少。
有趣的是，研究人员发现耐热生物的基因组较小，核心基因组的比例较高。还发现这些小基因组在进化上比耐冷生物的基因组更“古老”。由于在多个群体中发现了耐热生物，这些发现表明基因组的大小更依赖于温度而不是进化历史。他们还表明，随着产甲烷菌基因组的进化，它们会增长而不是缩小，这对“热传导基因组进化”的观点提出了挑战，即生物体在进化到更高温度的位置时会从其基因组中移除基因。
研究人员的分析还表明，产甲烷菌可以在如此广泛的温度范围内生长，而无需许多特殊蛋白质。事实上，它们的基因组编码的大部分蛋白质都是相似的。这导致他们考虑将细胞调节或更精细的成分适应作为温度适应的根本原因的可能性。为了研究这一点，他们研究了产甲烷菌中氨基酸的组成——蛋白质的组成部分。
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