Cell：修改教科书，刷新真核生物耐高温极限！63°C能复制，64°C能运动，70°C能存活|变形虫|古菌|嗜热|教科书|真核生物|细胞|细菌

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

对生命可生存的温度极限的研究，改变了我们对生命边界的认知，但此前主要集中在细菌和古菌上，有些细菌能够在 100°C 的高温中生长，有些古菌甚至能够在 122°C 的极端高温中生长。然而，对于更复杂的真核生物，由于其细胞膜以及细胞核、多种细胞器结构的存在，一直被认为不太能耐高温，实际上，迄今也从未证实有真核生物能够在超过60°C的环境中生长繁殖。因此，教科书中把真核生物的生长上限温度认定为 60°C。

2026 年 9 月，美国雪城大学的研究人员在国际顶尖学术期刊Cell上发表了题为：A geothermal amoeba sets a new upper temperature limit for eukaryotes 的研究论文。

该研究发现了一种新型极端嗜热变形成——Incendiamoeba cascadensis（喀斯喀特火焰变形虫），它在 63°C 时仍能复制分裂，在 64°C 时仍能保持运动能力，甚至能够耐受 70°C 的短时间处理。这一发现表明真核生物能够承受超出以往认知的高温，并揭示了它们在极端高温下生存的分子策略。

生命的热极限，长期以来一直是科学界关注和探索的焦点。通过研究生命极限条件下的物理因素，我们可以加深对细胞生物学限制以及生命可能产生和持续存在的环境的理解。温度从酶的稳定性、细胞功能和代谢过程，到物种在生态系统中的分布，均发挥着调控作用，并影响 pH 值、黏度、密度和溶解度等物理参数。对栖息于高温环境（例如地热泉和深海热液喷口）的细菌和古菌的研究，研究人员揭示了地球上一些代谢方式和系统发育最为多样的生物，其中包括大多数候选古菌门类。

嗜热生物是一类具有较高耐热极限、在 45°C 或更高温度下生长最适的生物。热极限由三个阈值定义：生命周期的完成（例如细胞复制）、代谢活性（例如运动和摄食）以及存活能力。

目前已知的最高温度阈值为122°C，在此温度下仅有古菌 Methanopyrus kandleri 能够生长。在细菌中，Geothermobacterium ferrireducens 可在100°C的温度下生长。考虑到高温胁迫带来的挑战，包括蛋白质及其他生物分子变性的可能性增加以及对膜流动性的不利影响，这些生长温度显得尤为突出。

迄今为止，对真核嗜热生物进行表征并确定其温度上限阈值的研究，仍极为有限。真核生物通常被认为的生长上限温度为60°C，这一观点得到了少数真菌和红藻物种的支持。已有记录显示其他一些真核生物可在 57°C 的环境中生长，例如一种阿米巴原虫——Echinamoeba thermarum，但高温环境中的大多数真核生物多样性仍尚未被探索。

嗜热红藻和真菌有助于揭示真核生物适应高温的机制，包括协调的信号通路以实现高效的蛋白质稳态和分子伴侣的生成。然而，限制其生长的分子机制以及真核细胞真正的最高耐受温度目前仍不清楚。尽管有假说认为由于细胞器膜缺乏热稳定性，62°C 可能是真核生物的生长上限，但该阈值是基于有限样本得出的，而且，实际上这些样本中未发现真菌在超过 60°C 温度下生长。

在这项最新研究中，研究团队报道了从美国加州拉森火山国家公园（Lassen Volcanic National Park，LVNP）分离出的一种变形虫，进一步描述了其进化地位、形态特征和生物地理分布；确定了其最高耐受温度；揭示了该真核生物在极端高温下维持结构与功能的保护策略。这些研究结果为真核生物细胞复制和运动的上限温度设定了更高的标准。

Incendiamoeba cascadensis，属于变形虫门的一个新属新种

具体来说，研究团队从拉森火山国家公园的一个热泉支流中分离到了一种极端嗜热变形虫，这是一种新属新种，并将其命名为——Incendiamoeba cascadensis（喀斯喀特火焰变形虫），它在 40°C 以下不生长，42°C 以上才复制分裂，最适生长温度为 55-57°C，63°C 时仍能复制分裂，并在 64°C 时保持运动能力，66°C 时部分仍能活动但开始形成包囊休眠体，70°C 短时间（5 分钟）处理包囊休眠体后降温至 60°C 可恢复，80°C 处理后则不再能恢复。该研究还显示，这种火焰变形虫可能主要以一种能够在 35-70°C 温度范围内生长的细菌 Meiothermus ruber（红色稍栖热菌）为主要食物。

Incendiamoeba cascadensis 在 63°C 中复制分裂

因此，这种新发现的火焰变形虫把真核生物的三个温度阈值都提升了——复制上限温度63°C、运动上限温度64°C、短期存活/成囊可恢复温度70°C。

与嗜中温变形虫（最适生长温度为 20-45°C）相比，这种新发现的火焰变形虫在维持蛋白质稳态和环境感知相关的基因上存在富集现象。通过对火焰变形虫进行比较 RNA 测序分析，发现其在高温条件下，与蛋白质稳态、DNA 修复及膜转运相关的通路均被上调。预测的火焰变形虫蛋白具有独特的生物物理特性，包括表面带正电荷残基的富集，这与细菌和古菌中的超嗜热生物相似，这表明在高温胁迫下，真核生物和原核生物的蛋白质稳定性的机制可能趋同。