奥地利科学技术研究所（ISTA）的研究人员近日在《Science》上发表了一项令人瞩目的发现：蓝细菌（cyanobacteria）中一个长期被认为负责DNA分离的系统，实际上已经进化成了一种控制细胞形状的细胞骨架样结构。这一发现揭示了进化如何将古老的生物工具改造成全新的功能。

蓝细菌是地球上最早进行产氧光合作用的微生物之一，约25亿年前的“大氧化事件”使大气中充满氧气，为复杂生命的进化铺平了道路。如今，它们仍然是全球碳氮循环的关键参与者，能在从温泉到北极的极端环境中生存。

研究团队以模式生物Anabaena sp. PCC 7120（简称Anabaena）为对象，该物种已被研究超过30年。博士后Benjamin Springstein在文献调研中偶然发现，Anabaena及其相关蓝细菌的染色体上编码了一个名为ParMR的系统，而这类系统通常只存在于质粒上，负责质粒的分离。这一异常定位让他怀疑该系统可能已适应了新的功能。

实验验证的结果出乎意料：ParR蛋白不再结合DNA，而是附着于脂质膜，特别是细胞内膜；ParM蛋白则不在细胞质中形成用于移动DNA的结构，而是在内膜下方构建纤维网络，形成一种类似细胞皮层的蛋白质聚合物阵列。 这种结构并非像预期那样在细胞内形成纺锤体来分离DNA，而是组织在膜附近，参与细胞结构的维持。

为了深入理解这一机制，研究人员利用纯化组分在体外重建了该系统。在体外重构实验中，他们观察到这些纤维表现出动态不稳定性——它们会生长，然后迅速崩解，这一特征与真核细胞中的微管相似。通过与ISTA的Florian Schur教授团队合作，利用冷冻电镜技术，他们解析了纤维的精细结构，发现与其它细菌中形成极性纤维的类似系统不同，Anabaena中的纤维是双极性的，即可以从两端同时生长和收缩。

该系统的真正功能在缺失实验中得以揭示。“缺失该系统的细胞失去了正常的矩形形态，变得圆形且肿胀，” Springstein解释道。这种形态变化通常在其他细菌中因维持细胞形状的基因被破坏而观察到，强烈表明该系统的主要功能是控制细胞形态，而非管理DNA分配。

基于这一新发现的功能及其靠近细胞膜的位置，研究团队将系统重命名为“CorMR”。通过与乌拉圭巴斯德研究所的Daniela Megrian合作进行的生物信息学分析，揭示了CorMR系统的进化历程：首先，该系统从质粒转移到染色体；其次，其组分的尺寸和结构发生变化；然后，获得了结合细胞膜的能力；最后，受控于另一个蛋白质系统。这些步骤共同将一个古老的DNA分离系统转变为一个塑造细胞本身的工具，凸显了进化如何重新利用现有生物机制创造全新功能。