在我們熟悉的地球生命演化史中，「多細胞性」是一個重要的里程碑。多細胞性是細胞們發展出分工合作的特性，最後才能形塑出像動物、植物那樣複雜的身體結構。但是，細胞們是怎樣從各自為政開始分工合作的？最近在古菌的研究，提供了另一種思索。
研究人員利用一種稱為「微流體晶片」的工具觀察沃氏鹽富饒菌的生長情況。當這些古菌被輕微困住時，它們的形態與液體培養中的細胞類似，仍維持單細胞狀態。但一旦將它們放進比較硬（1.5%~3.5%）的洋菜凝膠（模擬壓縮壓力）下，結果就變得完全不同了。
這些古菌不再正常分裂，而是持續進行DNA複製，形成「共胞體（coenocyte）」，也就是一個擁有多個細胞核但尚未分隔的巨大細胞，有點像黏菌。不過，隨著時間推進，這個共胞體會同步產生分隔，最終分裂成一層層排列整齊的細胞，形成一種平坦、組織樣的結構，看起來很像動物的上皮組織！
如果只是一堆細胞排排站好沒什麼大不了，培養的細胞株也會。讓研究團隊驚訝的是，這些由單一祖先細胞分裂出來的「組織」，展現出兩種截然不同的細胞型態：排列在組織邊緣的是體積大、彈性強的外圍細胞（Per cells）；在裡面的是剛性高，排列緊密，形狀類似胚胎上皮中的「scutoid」的中心細胞（Scu cells）。
這兩種細胞擁有不同的細胞骨架蛋白分布（像是 actin 同源蛋白 volactin）、不同的 N-醣基化圖案，甚至對機械壓力的反應也不同，顯示出明確的細胞分化與極性。
所以，它們的確出現分化的行為了！
過去的研究發現，在細菌與部分古菌中，細胞分裂常靠名為 FtsZ 的蛋白。但讓研究團隊驚訝的是，這些沃氏鹽富饒菌組織，在 FtsZ 缺失下仍能完成細胞分裂，而且出現了不規則但穩定的細胞邊界。
細胞分裂不用FtsZ，那麼沃氏鹽富饒菌用什麼呢？研究團隊發現，細胞膜的張力（membrane tension）才是驅動沃氏鹽富饒菌進行細胞分裂的關鍵因素。透過使用一種感測膜流動性的標記（bSpoJ），研究團隊發現，隨著細胞體積變大、張力升高，細胞便觸發同步分隔。也就是說，這是一種張力驅動型的「細胞感知-分裂」機制。
細胞分裂需要細胞骨架，沃氏鹽富饒菌有嗎？研究團隊發現，沃氏鹽富饒菌中有 volactin（volA），是它唯一的 actin 同源蛋白。他們發現，volA在組織發展的過程中強烈表現，幫助細胞對壓力做出反應，並維持細胞排列。
另外，他們利用ConA螢光標記發現，沃氏鹽富饒菌的細胞表面的N-醣呈現極性分佈，類似動物細胞中的極性與細胞間連結。當他們把N-糖轉移酶AglB給去除之後，這個極性分佈就被打破了。結果造成外圍與中心差異，也就是Per 與 Scu 細胞界線變得模糊，結構變得鬆散。
這些結果顯示了，古菌也具有與真核生物類似的細胞極性、細胞骨架與醣類調控機制。
看起來非常有趣，但是，這會不會只是專屬於沃氏鹽富饒菌的特殊技能呢？研究團隊測試了超過50種鹽生古菌，發現有六成以上都能在壓力下形成組織，顯示這種壓力誘導的「組織化」現象，不只發生在單一物種中。
而無法形成組織的菌種，雖然能形成更多生物膜（biofilm）來生存，但在高壓環境中存活率較低。這也許意味著「形成組織」是古菌在壓力環境中的一種適應策略。
這篇研究不僅顛覆我們過去對古菌就只是一種「單細胞微生物」的印象，也提供了全新的模型來探討「多細胞性如何演化而來」。也許，我們需要重新檢視過去一些化石，原本被當成早期真核生物的痕跡，其實可能是「古菌組織」的祖先！
最後，過去我們在鑑定植物基因型時，有時因為放大出來的DNA片段很小，也得用高濃度的洋菜膠來跑電泳。另外，我們也會使用高濃度的洋菜膠來「印」植物組織表面的拓印，用來觀察表皮的型態。怎樣也想不到居然可以把洋菜膠拿來這樣用啊...
參考文獻：
Rados, T., Leland, O. S., Escudeiro, P., Mallon, J., Andre, K., Caspy, I., von Kügelgen, A., Stolovicki, E., Nguyen, S., Patop, I. L., Rangel, L. T., Kadener, S., Renner, L. D., Thiel, V., Soen, Y., Bharat, T. A. M., Alva, V., & Bisson, A. (2025). Tissue-like multicellular development triggered by mechanical compression in archaea. Science, 388(6672), 109–115. https://doi.org/10.1126/science.adu0047
