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对真核生物温度极限的研究长期聚焦于细菌与古菌，此前尚无真核生物被证实能在60°C以上进行复制。研究人员分离获得一种地热变形虫Incendiamoeba cascadensis，该生物可在63°C条件下分裂，并在64°C下保持运动能力。与中温变形虫相比，研究人员
对真核生物温度极限的研究长期聚焦于细菌与古菌，此前尚无真核生物被证实能在60°C以上进行复制。研究人员分离获得一种地热变形虫Incendiamoeba cascadensis，该生物可在63°C条件下分裂，并在64°C下保持运动能力。与中温变形虫相比，研究人员鉴定出其基因组中与蛋白质稳态（proteostasis）和环境感知相关的基因显著富集。对I. cascadensis的比较RNA测序（RNA-seq）分析显示，在高温下与蛋白质稳态、DNA修复和膜转运相关的通路均发生上调。预测的I. cascadensis蛋白质具有独特的生物物理特性，包括表面正电荷残基富集，这一特征与细菌和古菌超嗜热菌（hyperthermophiles）相似，提示其可能存在一种应对温度胁迫的蛋白质稳定性趋同机制。综上所述，这些发现拓展了研究人员对生命可存续范围及其方式的认知。
研究背景与科学问题
生命的温度极限是理解细胞生物学约束以及生命起源与分布范围的核心议题。温度从酶稳定性、细胞功能、代谢过程乃至生态系统物种分布等多层面调控生命活动，同时影响pH、粘度、密度和溶解度等物理参数。对栖息于地热泉和热液喷口等高温环境中的细菌和古菌的表征，揭示了地球上代谢与系统发育多样性最为丰富的微生物类群。然而，长期以来对真核生物的耐热研究极为有限，真核生物的生长温度上限普遍被认定为60°C，仅有少数真菌和红藻支持这一阈值。尽管曾有人根据细胞器膜热稳定性缺失的假设提出62°C为真核生物的理论上限，但该推断基于有限样本，且未获得超过60°C生长的真菌证据。因此，真核细胞是否具有更高的温度耐受极限，以及限制其生长的分子机制究竟为何，始终是未解之谜。
研究内容与主要结论
研究人员从美国加州拉森火山国家公园（Lassen Volcanic National Park，LVNP）热泉溪流支流的20个地热采样点中的14个地点分离到一种新型变形虫，经系统发育基因组学鉴定为Amoebozoa门Tubulinea纲Echinamoebida目的新属新种，命名为Incendiamoeba cascadensis。该生物在63°C下仍可进行细胞分裂，在64°C下保持运动能力，将真核生物的复制与运动温度上限分别提高了3°C和4°C。通过生长实验确定了其温度生长范围为42°C至63°C，最适生长温度为55°C–57°C，属于专性嗜热生物。比较基因组学分析发现其相对于中温变形虫富集了与蛋白质稳态和环境感知相关的基因；RNA-seq分析显示在接近最高生长温度时，蛋白质稳态、DNA修复和膜转运通路显著上调。蛋白质预测分析表明I. cascadensis的蛋白组具有更高的预测熔化温度（melting temperature, Tm），其表面正电荷残基富集模式与细菌和古菌嗜热菌呈现趋同演化特征，提示电荷富集可能是一种跨域保守的蛋白质热稳定策略。该研究发表于《Cell》，首次确证真核生物可在60°C以上完整完成细胞分裂，拓展了人们对生命可存续温度边界的认知。
关键技术与方法
研究人员在2023–2025年间从LVNP热泉溪流支流采集水样、生物膜和沉积物样本，通过麦粒富集原位细菌群落进而培养噬菌变形虫，获得纯培养菌株NS2。主要技术方法包括：（1）利用PacBio长读长测序和Illumina短读长测序组装高质量基因组，结合EukPhylo流程进行102个基因串联的系统发育基因组学分析；（2）在17个温度梯度下开展生长实验，结合高温度活细胞显微成像和细胞质心追踪评估运动能力，采用超微结构膨胀显微镜（ultrastructure expansion microscopy，U-ExM）直接观察63°C下的有丝分裂过程；（3）利用RNA-seq比较48°C与61°C条件下的转录组差异，并通过KEGG通路富集分析鉴定差异表达通路；（4）开发结合OrthoFinder与ESM-2蛋白质语言模型的远缘直系同源检测流程，利用AlphaFold2结构预测和Foldseek结构比对验证，系统性比较I. cascadensis与13种嗜热/中温生物的蛋白质生物物理特性。
研究结果
一、源自地热泉的新属变形虫的建立
通过3年野外采样和富集培养，研究人员从LVNP热泉溪流支流的14个地热采样点分离到一株变形虫，命名为Incendiamoeba cascadensis strain NS2。系统发育基因组学分析显示其位于Amoebozoa门Tubulinea纲Echinamoebida目，与Vermamoeba vermiformis构成姐妹群，但其18S rRNA序列与V. vermiformis仅有94%一致性，且分支长度超出属内物种对95%置信区间，结合形态学和生态学证据确立为新属新种。在全球31,093个公共宏基因组中搜索发现，仅在新西兰Taupō火山带62°C的地热微生物席和Yellowstone国家公园的地热环境中检测到该支系序列，表明其分布局限于高温地热区域。形态学表征显示I. cascadensis具有长形蠕虫状和紧凑变形虫状两种形态，与V. vermiformis相比形成更小且更短暂的表面附着结构。在64°C以上该变形虫形成不规则包囊进入休眠状态。培养体系中的细菌群落以Meiothermus ruber为主（占41.34%），该丝状嗜热菌的生长温度范围为35°C–70°C，表明食物来源不构成对变形虫热极限的限制。
二、I. cascadensis在63°C下进行复制并在64°C下保持运动
生长实验表明I. cascadensis的最低生长温度为42°C，最适生长温度为55°C–57°C，最高复制温度为63°C，且为专性嗜热生物。利用U-ExM技术，研究人员在58°C和63°C培养的细胞中直接观察到了处于分裂期的有丝分裂纺锤体，包括中期和后末期细胞，证实该生物在63°C下能够完成完整的细胞分裂过程，而非仅仅进行丝状延伸或细胞伸长。运动能力分析显示细胞速度在57°C时达到峰值（14.5 μm/min），位移均方根（mean squared displacement，MSD）分析确认55°C–64°C区间内存在主动定向运动。变形虫在蠕虫状与变形虫状两种形态间频繁切换，平均每91.2秒切换一次（57°C），蠕虫状形态具有更高的速度和更直的轨迹，而变形虫状形态探索面积更大。I. cascadensis还可从70°C热激诱导的包囊中恢复，体现了对波动的热泉环境的生态适应性。
三、比较分析揭示高温适应机制
基因组组装获得48 Mbp的基因组，GC含量36%，预测基因中超过50%为新谱系特异基因。与中温变形虫相比，I. cascadensis显著富集钙信号、丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）和Ras信号网络，以及编码小热休克蛋白（small heat shock proteins，HSPs）、HSPA5和泛素-蛋白连接酶等蛋白质稳态相关基因。转录组比较分析显示，在61°C相对于48°C条件下，伴侣蛋白、折叠催化剂和泛素系统相关基因上调，而蛋白酶体通路下调；DNA修复和基因组维持通路上调；囊泡运输相关可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白受体（Soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptor，SNARE）相互作用显著上调。能量和生物合成通路在高温下下调，提示代谢重分配策略。蛋白质组预测表明I. cascadensis的蛋白组预测熔化温度显著高于V. vermiformis（50.9°C vs 46.9°C），且Tm高于60°C的蛋白数量是后者的5倍。对500个最丰富转录本编码蛋白质的系统比较分析显示，I. cascadensis蛋白质表面疏水残基减少、正电荷表面残基富集而负电荷残基减少，其中精氨酸富集是区别于其他变形虫的显著特征，这种电荷特征仅在最嗜热的原核生物（如Thermus aquaticus和Geothermobacterium ferrireducens）中观察到，表明存在趋同演化的蛋白质热稳定策略。
讨论与结论
I. cascadensis的发现证明变形虫同样能够占据真核生物可利用的最极端热生态位，而不仅仅是此前已知的真菌和红藻。生物地理学分析提示该支系中可能还有更多嗜热物种有待发现。研究鉴定的候选耐热机制包括扩展的伴侣蛋白和降解机器、信号网络、独特的蛋白质生物物理特性以及蛋白质稳态、DNA修复和膜转运的协同调控，为后续机制研究提供了方向。该研究存在以下局限：I. cascadensis尚不能进行遗传操作；大量谱系特异基因功能未知；基因组未达到染色体级别分辨率；蛋白质熔化温度和结构均为预测值，有待实验验证；转录组分析仅包含单一温度对比。该研究为理解真核生物的热适应机制开辟了新途径，I. cascadensis作为一种易于培养、可达到高密度且已完成基因组测序的真核嗜热生物，为耐热蛋白的生物学技术应用提供了潜在资源。研究者希望这一发现能激励在标准化条件下对其他嗜热真核生物进行重新评估，为探索真核生物的生存边界提供更精确的参照。简言之，这项研究表明，自然选择能够赋予真核细胞在远高于此前公认阈值的温度下完成完整生命周期并保持活跃运动的能力，从而重新定义了真核生命的热极限范围。
