大约37亿年以前，第一种生命体出现在地球上。它们是一些微小的单细胞生物，和现在的细菌没有太大差别。由于单细胞生物中的原核生物具备出众的进化和适应能力，它们取得了极大的成功——不但进化出多个种类，而且几乎遍布世界每一个能够生存的角落。要不是一次生物进化的重大飞跃——地球上出现了一种不同类型的细胞，即拥有真正细胞核的真核细胞，或许我们的地球至今仍由原核生物主宰。如今，所有多细胞生命体都是由真核细胞组成的。真核细胞最有可能从原核细胞进化而来，但这个过程是怎样的？ 

 

要想了解这一段非凡的进化历程，我们需要明白这两种基本的细胞类型之间有何区别。真核细胞比原核细胞要大很多（一般而言，前者的体积约是后者的10 000倍）。原核生物的整个基因组只包含一个由环状DNA链构成的染色体，这个染色体与细胞中的其余细胞器之间并没有隔膜。然而在真核生物中，绝大多数DNA都包含在高度结构化的染色体中，而且这些染色体都被包裹在轮廓分明的细胞中央，即细胞核。在大多数真核细胞的细胞质中，有多达数千种专门的结构或细胞器（大小与原核细胞相似），这也是区分两类细胞的重要特征。其中最重要的细胞器包括过氧化物酶体（peroxisome，具备多种多样的代谢能力）、线粒体（mitochondria，细胞的能量工厂）及色素体（plastid，植物和藻类细胞中特有的细胞器，是进行光合作用的场所）。

 

长期以来，生物学家都在怀疑线粒体和色素体可能是由细菌演化而成的。前者作为内共生体（endosymbiont，这一名词的词根来自希腊，意为“在内部共同生存”）而被一些“祖先细胞”所接纳。最为可信的证据是，这些细胞器中存在虽已退化但仍有功能的遗传系统，其中既含有DNA，也有复制这些DNA所需的材料，以及将DNA最终翻译为蛋白质的分子工具。内共生体接纳（Endosymbiont adoption）常常被认为是两个典型原核生物之间偶然遭遇的结果，比如攻击性捕食、和平进入以及互利性联合或融合等。另外，还有一种更为直接的解释——细菌被一个异常巨大的宿主细胞吞入，最终变成了共生体，而这个宿主细胞当时可能已经具有现今真核细胞的一些特性。现在，许多真核细胞（比如白细胞）就能诱捕原核生物。在一些比较罕见的情形下，捕食者与被捕食者能够互相容忍对方的存在，而后还能互惠互利，最终进入相互依赖的状态。因此，线粒体和色素体或许就是宿主细胞的永久性客人。

 

（翻译 冯志华）

 

本文摘自《环球科学》2011年第7期《与《科学美国人》分享诺贝尔智慧》，转载请注明出处。