如果将地球生命比作不断分叉的演化大树，真核生物是其中关键分支，植物、动物、真菌都归属于真核生物，细胞拥有细胞核、线粒体等复杂结构，复杂细胞究竟如何起源，一直是生命科学领域的核心难题。近期《自然》杂志一项阿斯加德古菌的相关研究，为破解这一难题带来重大突破口。这类微生物生活在海洋沉积物内，个体微小、生长迟缓，却携带大量曾被认定为真核生物独有的基因，科学家据此推断，真核生物的远古祖先与阿斯加德古菌亲缘关系很近。早期人类仅依靠环境样本 DNA 研究阿斯加德古菌，直到近年科研人员陆续培育出活体菌株，得以在显微镜下直接观察细胞形态，更新了人类对复杂生命诞生的理解。
2015 年，科研团队在北大西洋海底沉积物首次发现阿斯加德古菌，名称取自北欧神话，发现地点临近 “洛基城堡” 热液喷口，当时并未分离出活体，仅通过环境 DNA 测序获取遗传信息，后续全球各地陆续发现数百种同类古菌。基因组分析显示，阿斯加德古菌携带大量编码真核特有蛋白的基因，这类蛋白参与细胞骨架、细胞膜构建与胞内物质转运，印证了它和真核祖先的紧密关联，但基因组只能体现基因组成，无法揭示基因在细胞内的作用机制，培育活体菌株，也就成了科研路上巨大难关。
和实验室常用的大肠杆菌相比，阿斯加德古菌培养难度极高，种群数量低、增殖缓慢，对氧气极其敏感，部分菌株需要依靠其他微生物共生才能存活。研究人员需要反复调试温度、营养与培养条件，往往耗时数月甚至数年，才能得到稳定菌株。2020 年，日本团队历时 12 年，首次成功培养阿斯加德古菌，奥地利、澳大利亚等团队后续也陆续培育出新菌株。
过去科研人员只能依靠基因序列推测细胞样貌，如今显微镜观测发现，多种阿斯加德古菌表面生有触手、鹿角状细长突起，研究团队起初怀疑是实验污染造成的假象，多个独立培养样本均重复出现该结构。研究证实，这些突起可以改变细胞形态、辅助移动，还能和产甲烷古菌等微生物接触，引导科学家聚焦真核起源至关重要的内共生假说。
目前学界主流观点认为，约 20 亿年前，远古古菌和细菌形成内共生关系，细菌没有被宿主分解，定居在古菌细胞内部，逐步演化为线粒体，线粒体依靠有氧呼吸释放大量能量，被认为是复杂真核生物诞生的基础，但两种独立微生物建立共生关系的原始动因，至今尚无定论。阿斯加德古菌的细胞突起带来全新思路，观测发现突起能够接触、固定共生微生物，“由内向外” 假说提出，古菌祖先借助突起和其他微生物紧密接触，慢慢形成稳定共生关系。
科研人员还在部分菌株体内发现膜性区室，部分区室内部还存在更小的嵌套结构，和真核细胞复杂内膜系统高度相似，证明真核细胞的复杂构造并非突然诞生，不少基础特征早已存在于这类古菌近亲身上。不过现有证据，尚不足以完整还原真核生物起源的全过程，不同阿斯加德古菌存在明显差异，可人工培养的菌株仍然稀少。
该研究最大限制就是活体菌株数量不足，环境 DNA 已经识别数百种阿斯加德古菌，但能在实验室长期稳定培养的屈指可数，尚未成功培育的菌株，很可能蕴藏更多关键线索。古菌培养十分考验耐心，部分菌株需要 193 天才能稳定传代，就算培育成功，跨实验室重复实验难度依旧很大，温度、营养的细微波动，就会改变培养结果。
为此全球科研机构推进菌株共享，方便更多团队开展研究，只有获得更多可培养菌株，才能深入解析阿斯加德古菌的细胞结构、代谢方式以及微生物间相互作用。古菌宿主氧气利用能力、膜结构演化时间、细胞突起具体功能、线粒体祖先共生的完整过程，诸多谜题仍待解答。阿斯加德古菌难得的一点是它们至今仍生存在地球上，科学家可以培养观测，验证过去基于 DNA 序列提出的猜想。随着更多菌株被培育成功，复杂生命起源这段远古演化史，也将逐步揭开面纱。