内布拉斯加大学林肯分校的研究人员发现了革命性的证据，证明在复杂生物中起作用的进化现象也在单细胞、极端爱好的同类中发挥作用。

物种通常通过连续几代遗传的DNA突变进化。几十年前，研究人员开始发现多细胞物种也可以通过表观遗传学进化：这些特征不是来自遗传变异，而是来自蛋白质的遗传，蛋白质是控制生物体DNA获取的细胞。

因为这些蛋白质可以响应生物环境的变化，表观遗传学依赖于自然和培养之间的弱边界。其证据只出现在真核生物中，即包括动物、植物和其他几个界的多细胞生命领域。

然而，来自内布拉斯加州的索菲佩恩(Sophie Payne)、保罗布鲁姆(Paul Blum)及其同事的一系列实验表明，表观遗传学可以传递一种古细菌的极端耐酸性：显微镜、单细胞生物，它们与真核生物和细菌具有共同的特征。

“令人惊讶的是，它存在于这些相对原始的生物体内，我们知道它们是古老的，”内布拉斯加州生物科学教授查尔斯贝西(Charles Bessie)说。“我们一直认为这是一个(进化)新事物。但表观遗传学并不是地球上的新生命。”

研究小组在硫化叶菌(Sulfolobus solfataricus)中发现了这一现象，这是一种食硫物种，在黄石国家公园沸腾的醋酸泉水中生长旺盛。通过在几年内将该物种暴露于更高的酸度水平，研究人员进化出了三种菌株，其耐受性比它们的黄石祖先高178倍。

其中一个菌株在其DNA中没有突变的情况下进化出了抗性，而另外两个菌株在互斥的基因中发生了突变，这并没有导致耐酸性。当研究小组破坏了被认为控制抗性相关基因表达的蛋白质——让DNA本身保持不变——这种抗性在后代中突然消失了。

“我们预测它们会发生突变，我们将跟踪这些突变，这将告诉我们是什么导致了极端的耐酸性，”布卢姆说。“但这不是我们发现的。”

虽然表观遗传学对于人类一些最具生产力和破坏性的生理过程——细胞分化为大约200种类型，即癌症的发生——至关重要，但在真核生物中研究仍然很困难。

Blum表示，古细菌的简单性以及它们的细胞在一些重要方面与真核生物相似的事实，应该可以让研究人员比以前更快、更便宜地研究表观遗传问题。

“我们不知道是什么改变了人类表观遗传特征的转变，”布鲁姆说。“我们当然不知道如何经常扭转局面。这是我们首先要追求的：如何打开它，如何关闭它，如何让它转换。你考虑(管理)我们的特点或者植物的特点就好。”

佩恩说，这一发现也提出了一些问题，特别是关于真核生物和古细菌如何采用表观遗传学作为遗传方法。

生物学博士生佩恩说，“也许他们都拥有它，因为他们与拥有它的共同祖先不同。”“也许它可能进化两次。从进化的角度来看，这是一个非常有趣的概念。”

Blum说，该团队同样好奇表观遗传学是否以及如何解释为什么没有已知的古生菌引发疾病或像细菌一样用抗生素武装其兄弟的战争。

“这个世界上没有抗生素，”他说。“为什么会这样？我们认为它与表观遗传学有关，因此它们之间的相互作用与细菌有着本质的不同。”

布鲁姆说，这一发现也引入了一个更广泛的问题。

“他们有这个优势，什么优势？我们不知道。”