斯坦福大学的研究人员解决了几十年的谜团，发现了蛋白质，这些蛋白质可以在水温过高时使称为古细菌的坚硬微生物增强其膜的硬度。发现这些蛋白质可以帮助科学家们将地球气候状况拼凑起来，这一状况可以追溯到几百万年前的古细菌巡游古代海洋之时。

斯坦福大学地球，能源与环境科学学院(斯坦福大学地球学院)地球系统科学副教授宝拉·韦兰德(Paula Welander)说：“人们一直在寻找这些蛋白质已有40年了。” 10月7日在美国国家科学院院刊上发表。

韦兰德说，有了这一发现，科学家可以更准确地利用古细菌膜中发现的，并保存在海洋沉积物中的脂质(或脂肪)来估算历史海洋温度。

压舱门

在压力下，古细菌将其通常的双层细胞膜融合成单层。以这种方式压下舱口，使膜坚固，膜主要由脂肪制成，当温度升高时，膜可能会变得太松软，就像厨房柜台上的黄油一样。

一些古细菌通过添加环状碎片进一步修饰了融合其薄膜层的结构，从而使薄膜更加紧凑和坚固。从气候学的角度来看，这些改编是有帮助的，因为与这些环组合在一起的膜连接结构易于保存在海洋沉积物中。通过检查环的数量和种类，气候科学家可以测量地表水温，这些古细菌生活的时间和地点。这项技术已被用作侏罗纪时代更温暖的海洋的证据，其可追溯到恐龙鼎盛时期的1.5亿多年。

寻找与构成这些结构有关的蛋白质，可以解决科学家从古细菌脂质推断古代温度时遇到的一些不确定性，即所谓的古温度代理。

气候学家推测，古细菌群中的一类古细菌，负责制造在开阔的海洋中发现的带有环的脂质，并且它们是响应水温变化而添加这些环的。但是，如果其他环境因素(例如盐度和酸度)触发了其他海洋古细菌群体的环生产，那可能会扰乱他们如何读取温度信号。

根据这项新研究，气候学家可以松一口气。斯坦福大学的研究人员通过最终确定蛋白质的作用，表明Thaumarchaeota确实是海水中带环膜结构的主要来源，支持了先前有关古代海表温度的观点。

韦兰德说：“有了这些关键信息，我们就可以开始限制这种基于古细菌的古温度代用品的某些不确定性。”

追求蛋白质

尽管古细菌直到1970年代后期才被发现，但自古以来，古细菌就被认为构成了生命的一个全新的第三领域，与更熟悉的细菌和真核生物(包括人类在内的多细胞生物)一起。尽管古细菌表面上类似于细菌，但生化和生殖方面的差异证明了它们的独特性。许多古细菌也是极端微生物，它们在温泉这样的严酷环境中壮成长，而其他生命无法生存。

为了找到能产生环的蛋白质，斯坦福大学的研究小组在实验室中生长和操作最困难的古细菌中，对Sulfolobus acidocaldarius进行了实验。

韦兰德说：“这种生物是少数具有遗传系统的古细菌之一，我们可以在其中进行我们喜欢做的工作。”

她的团队着手寻找哪些蛋白能够使嗜酸链球菌将环连接到其跨膜结构上。研究人员首先查看了古细菌的基因组，发现有可能存在或没有构建环的三个可能的基因。然后，他们在实验室中创建了缺少一个，两个或所有三个基因的突变体，最终，这些基因中的两个被证明是环结构必不可少的。

这些基因未能在另一类古细菌中出现，这些古细菌与Thaumarchaeota共享海洋环境，被认为是沉积物样品中环状结构的可能附加来源。排除了这一影响，从有关古温度资料推算出的海水温度看起来更加可靠。

全球化

韦兰德说，科学家们现在可以考虑将斯坦福大学的研究结果扩展到全球采样良好的海洋地区。她的团队从北太平洋获取了一个遗传数据集，因此它仅直接与该特定生物群系对话。例如，来自大西洋和地中海的其他数据集应揭示Thaumarchaeota是否也负责在这些地区放置感兴趣的分子化石。韦兰德说，这些古温度甚至可​​以扩展到湖泊和其他环境中，从而为地球的气候纪事打开了更多的一页。

除了发现的气候方面，Welander指出，弄清古细菌蛋白质如何处理膜融合的神秘工作，可能会揭示令人信服的新生物化学，用于潜在的现实世界应用，例如药物发现和材料科学。

韦兰德说：“微生物发明了各种奇怪的生物化学来进行各种奇怪的反应。”“任何时候您都可以扩展可能的化学反应，从基础科学的角度来看，这确实令人兴奋。”