在微生物世界中，死亡细胞通常被视为分子信息的终点站——其脆弱的RNA信息会迅速降解，不再产生新的遗传活动。然而，当德国马克斯·普朗克海洋微生物研究所的Jens Harder及其同事检查一种产甲烷古菌的残骸时，他们发现了一个异常持久的RNA环。这个环状分子似乎来自一种捕食性细菌，并且正在尝试在受害者体内复制。这一发现首次直接证明了“跳跃基因”可以通过环形RNA在物种间转移，为理解基因水平转移提供了全新视角。

跳跃基因：进化的加速器与遗传寄生虫

跳跃基因，又称转座子，是存在于细菌、植物、动物乃至人类基因组中的遗传寄生元件。它们可以在细胞内以小型核糖核酸（RNA）分子的形式释放，然后利用特殊机制插入基因组的其他位置。当它们在新位置定居时，有时会赋予细胞新的性状，从而加速进化变化。其中一种特殊的跳跃基因被称为自剪接内含子。这些内含子利用一种称为核酶（ribozyme）的RNA酶，将自己从RNA链上切割下来。这种能力使它们在细胞内具有异常的独立性。

然而，在一个细胞内移动是一回事，进入另一个细胞或另一个物种则困难得多。进化家族树研究早已暗示这类跳跃可能发生过，但研究人员此前一直假设这些可移动基因通常作为乘客，搭乘在质粒或病毒内部进行传播。Jens Harder及其同事现在观察到了一条不同的路径。

橙香中的厌氧群落：捕食者与猎物的微观战场

这项发现始于一个生长缓慢、无氧条件下产生甲烷（沼气）的微生物群落。这个由细菌和古菌组成的群落中，有一个意想不到的优势成员：一种名为Candidatus Velamenicoccus archaeovorus的微小捕食性细菌。它的猎物是那些将柠檬烯（赋予橙子香气的化合物）分解为甲烷和二氧化碳的微生物。其中就包括Methanothrix soehngenii，地球上最重要的产甲烷菌之一。当Harder及其同事检查其丝状体时，他们发现一些单个细胞已经死亡。

这引出了关键问题：是Ca. Velamenicoccus archaeovorus杀死了它们吗？为了找到答案，研究人员需要在死亡的猎物细胞内检测到来自捕食者的分子。在分析Ca. Velamenicoccus archaeovorus的基因组时，Jens Harder发现了一个内含子——一种可移动遗传元件。内含子RNA此前从未在细胞外被观察到。这使得这项搜索充满风险，但也极具价值。如果内含子出现在猎物细胞内，就能揭示物种间转移的直接证据。

马克斯·普朗克海洋微生物研究所的研究人员开发了足够灵敏的方法，可以检测到细菌细胞中微量的RNA。在设计了特异性核酸探针后，他们利用显微镜寻找内含子。图像显示，内含子RNA存在于活的Ca. Velamenicoccus archaeovorus细胞内部，也存在于死亡的Methanothrix soehngenii细胞内部。这个可移动基因实际上被当场捕获，它正在尝试复制。但问题是，它的载体Ca. Velamenicoccus archaeovorus已经杀死了新的宿主。这次跳跃最终落到了一个空细胞中。

环形RNA的稳定性：跨物种转移的关键

核糖核酸是活细胞的工作信使。这些长链分子携带从遗传物质到细胞蛋白质工厂的指令，通常从末端迅速被分解。死细胞通常不会保留核糖核酸。但在本例中，内含子RNA之所以能够存活，是因为它形成了一个环状结构。由于没有开放的末端，环状RNA能够抵抗通常会将其分解的酶。

“内含子RNA以其环状形式存在的稳定性是一个显著特征。在人类中，环状RNA分子影响许多代谢过程，它们在肿瘤发展中的作用目前是深入研究的主题。基于RNA的疫苗应用，例如针对新冠病毒和某些癌症的疫苗，也正在开发中。我们的研究表明，在微生物中，跳跃基因可以通过其环状RNA转移到其他物种。”Jens Harder说。

这一发现不仅揭示了基因水平转移的一种全新机制，也强调了环形RNA在进化中的潜在重要作用。它表明，即使在没有质粒或病毒作为载体的情况下，遗传信息也能在物种间流动。这一机制可能比我们之前认为的更为普遍，并对理解微生物群落的进化动态、抗生素抗性基因的传播以及RNA技术的应用具有重要意义。