内华达山脉东部的莫诺湖以其高耸的凝灰岩地层、丰富的盐水虾和黑色的碱蝇云而闻名，这些碱蝇独特地适应了含盐、砷和氰化物的水。

加州大学伯克利分校的研究人员现在发现了另一种不寻常的生物潜伏在湖泊的咸水浅滩上，这种生物可以告诉科学家6.5亿多年前动物的起源。

这种生物是一种鞭藻，一种微小的单细胞生命形式，它可以分裂并发育成多细胞菌落，其方式与动物胚胎的形成方式相似。然而，它不是一种动物，而是所有动物的姐妹群体中的一员。作为动物现存的近亲，鞭毛虫是单细胞生物向多细胞生物飞跃的关键模型。

令人惊讶的是，它拥有自己的微生物群，这使它成为已知的第一个与细菌建立稳定物理关系的鞭藻，而不仅仅是吃它们。因此，它是已知的具有微生物群的最简单的生物之一。

加州大学伯克利分校分子和细胞生物学教授、霍华德·休斯医学研究所(HHMI)研究员妮可·金(Nicole King)说:“我们对鞭虫知之甚少，只有了解了它们的生态学，我们才能深入了解一些有趣的生物现象。”她研究鞭虫，将其作为古代海洋早期生命的模型。

通常只有在显微镜下才能看到，水生生物学家经常忽略它们，转而关注肉眼可见的动物、光合藻类或细菌。但它们的生物学和生活方式可以让我们深入了解在动物进化之前存在于海洋中的生物，并最终产生了动物。这个物种尤其可以揭示动物和细菌之间相互作用的起源，从而导致人类微生物群的形成。

“动物在充满细菌的海洋中进化，”金说。“如果你想想生命之树，现在所有活着的生物在进化过程中都是相互关联的。因此，如果我们研究今天活着的生物，那么我们就可以重建过去发生的事情。”

金和她在加州大学伯克利分校的同事在8月14日在线发表在《mBio》杂志上的一篇论文中描述了这种生物，他们将其命名为Barroeca monsierra，以该湖命名。

一个美丽的殖民地

大约10年前，当时还是加州大学伯克利分校研究生的丹尼尔·里希特(Daniel Richter)从东内华达山脉(Sierra Nevada)登山旅行回来，带回了一小瓶他在途中偶然收集的莫诺湖(Mono Lake)的水。在显微镜下，它与鞭藻一起活着。除了盐水虾、碱蝇和各种线虫外，据报道很少有其他形式的生命生活在不适宜居住的湖水中。

金说:“那里到处都是这些又大又漂亮的鞭藻群落。”“我的意思是，它们是我们见过的最大的。”

看似接近100个相同的鞭毛细胞组成了一个空心球体，当每个细胞踢它的鞭毛时，这个球体就会不停地旋转。

金说:“有趣的是，这些菌落的形状与囊胚相似，囊胚是动物发育早期形成的一个中空的细胞球。”“我们想更多地了解它。”

然而，当时金正忙于研究她所称的其他种类的choanos，所以莫诺湖的choanos在冰箱里被冷落了，直到一些学生复活了它们，并对它们进行染色，观察它们不寻常的甜甜圈形状的染色体。令人惊讶的是，在原本没有细胞的空心菌落内也有DNA。经过进一步调查，研究生凯莉·哈克确定它们是细菌。

“细菌是一个巨大的惊喜。这真是太吸引人了。”

Hake还在球形菌落内发现了一种叫做细胞外基质的结缔组织，这种结缔组织是由choanos分泌的。

直到那时，哈克和金才想到，这些可能不是choanos吃的细菌的残骸，而是生活在这个群体分泌的东西上的细菌。

“从来没有人描述过一种与细菌有稳定物理相互作用的鞭藻，”她说。“在我们之前的研究中，我们发现choanos对漂浮在水中的小细菌分子有反应，或者choanos正在吃细菌，但没有任何可能成为共生关系的情况。”或者在这种情况下，是一个微生物群。”

金与吉尔·班菲尔德(Jill Banfield)合作，以确定水中和水中的细菌种类。班菲尔德是宏基因组学的先驱，也是加州大学伯克利分校环境科学、政策与管理以及地球与行星科学的教授。宏基因组学包括对环境样本中的所有DNA进行测序，以重建生活在那里的生物体的基因组。

班菲尔德的实验室在莫诺湖水中发现了微生物后，哈克制造了DNA探针，以确定哪些微生物也在湖水中。金说，细菌种群并不相同，所以显然有些细菌比其他细菌在无氧鞭毛菌群的管腔中存活得更好。哈克断定他们不是偶然出现在那里的;它们在生长和分裂。金沉思着，也许它们是在逃离湖中的有毒环境，或者它们是在养殖细菌来吃掉它们。

她承认，这在很大程度上是猜测。未来的实验应该揭示细菌是如何与鞭藻相互作用的。她的实验室过去的工作已经表明，细菌的作用就像催情药一样，可以刺激鞭毛虫交配，细菌可以刺激单细胞鞭毛虫聚集成菌落。

对她来说，莫诺湖的choanoflagellate将成为研究进化的另一个模型系统，就像生活在加勒比海库拉帕拉奥岛(curaao)溅水塘里的choanos一样——她目前的主要关注点——以及南北两极池塘里的choanos。然而，从莫诺湖获得更多的样本可能是一个挑战。在最近的一次访问中，100个样本中只有6个含有这些高能微生物。

金说:“我认为在莫诺湖的微生物生活方面还有很多工作要做，因为它确实是生态系统其他方面的基础。”“我对单胞杆菌作为研究真核生物和细菌之间相互作用的新模型感到兴奋。我希望它能告诉我们一些关于进化的东西。但即使没有，我认为这也是一个令人着迷的现象。”

除了King、Banfield、Hake和Richter，这篇论文的合著者还包括加州大学伯克利分校的前博士生Patrick West、电子显微镜学家Kent McDonald和博士后研究员Josean Reyes-Rivera和Alain Garcia De Las Bayonas。这项工作得到了HHMI和国家科学基金会的支持。