The Innovation Life | 深度学习与传统谱系发生学的结合：古菌演化与环境适应新视角

古菌是独立于细菌和真核生物的基本生命形式，但其起源与演化仍存在诸多疑问。传统谱系发生学方法存在长枝吸引、忽视上位效应等局限。本研究旨在结合基于全连接神经网络的变分自编码器（VAE）与传统谱系发生学，构建VAE-PCA分析框架，重建古菌深层演化关系与祖先代谢特征。通过对1855个古菌代表基因组的分析，揭示了三大古菌类群（DPANN、TACK-Asgard、Euryarchaeota）在潜空间中呈现从密集区域向外辐射的连续演化路径，支持古菌三大支分化假说。在代谢重建方面，研究指出乙酸代谢关键酶Acd可能存在于最后古菌共同祖先，Wood-Ljungdahl途径的H4MPT分支可能起源于TACK-Asgard和Euryarchaeota最后共同祖先，并支持甲基还原型产甲烷代谢是最早出现的产甲烷途径。在环境适应方面，古菌对温度、氧气与盐度的适应呈现“盐氧耦合、热氧互斥”的组合偏向性，且极端高盐适应对古菌的演化约束显著强于温度与氧气。结论：本研究建立的VAE-PCA/谱系发生学整合框架为古菌深层演化关系提供了可比较的辅助工具，提出的相关假说有待进一步实验验证。