免疫系统的进化

几乎所有生物都有至少一种防御形式，可以帮助击退引起疾病的生物。 高级脊椎动物（包括人类在内的一组动物）通过一组复杂的防御反应来防御这些微生物，这些反应统称为免疫系统。 这种保护系统是从较简单的防御机制演变而来的，但是导致其发展的进化曲折并不完全清楚。 为了弄清脊椎动物免疫系统进化的路径，研究人员研究了各种活生物体的防御反应。 他们还检查了免疫系统蛋白质的基因，以寻找免疫遗传起源的线索。

主要动物群中免疫力的发展

组成免疫系统的细胞和组织不是僵化不变的，因此不可能从古生物学记录中追踪免疫的进化。 但是，由于所有动物都具有识别自身和排斥异物的一般能力，因此可以研究活体动物的免疫能力，并根据这些动物在进化树中的相对位置推断合理的进化历史 免疫系统。

无脊椎动物的免疫能力

从最低的原生动物到较高的海洋被膜，无脊椎动物具有区分自身成分和非自身成分的方法。来自一个菌落的海绵将拒绝来自其他菌落的组织移植物，但会接受来自其自身的移植物。当在进化树上方的动物中制作组织移植物时（例如，在单个的无性蠕虫或海星之间），吞噬细胞（吞噬并破坏异物的细胞）和类似于淋巴细胞（白血球的白细胞）通常会侵入外来组织。免疫系统），并被摧毁。然而，从同一部位的身体某个部位移植到另一部位的组织会粘附并容易愈合，并保持健康。因此，似乎在这种进化水平上存在类似于细胞免疫的物质。

昆虫通过吞噬作用（“细胞吞食”）吞噬并消除了外来入侵者。它们的循环液中存在可以与外源细胞结合并导致许多此类细胞结块或凝集的因子，这一事件有助于吞噬作用。昆虫似乎也获得了对传染原的免疫力。

脊椎动物的免疫能力

最复杂的免疫系统是脊椎动物的免疫系统。可识别的淋巴细胞和免疫球蛋白（Ig；也称为抗体）仅出现在这些生物中。最原始的活体脊椎动物-无颚鱼类（长嘴鱼和七lamp鳗）没有对应于脾脏或胸腺的淋巴组织，尽管它们的免疫反应很明显，但是却很弱而且很迟钝。在进化树的更上方，在软骨鱼类（鲨鱼和rays鱼）和骨鱼类的水平上，胸腺和脾脏以及免疫球蛋白均存在，尽管仅可检测到IgM类的那些免疫球蛋白。鱼缺乏专门的淋巴结，但是它们的肠道中确实有淋巴细胞簇，可以起到类似的作用。

直到陆生脊椎动物（两栖动物，爬行动物，鸟类和哺乳动物）的水平出现，才出现具有胸腺，脾脏，骨髓和淋巴结的完整免疫系统，并产生了IgM和IgG抗体。 IgA类抗体仅在鸟类和哺乳动物中发现，而IgE抗体仅限于哺乳动物。因此，随着动物从海洋移到陆地上，产生特定的，获得的免疫力的最原始的设备似乎逐渐多样化，以满足新的环境危害。

补体系统（参与免疫应答的一组蛋白质）的进化可能比免疫球蛋白系统的进化更快。无颚鱼类的补体成分仅与补体功能的后期作用（即细胞溶解或细胞杀伤）有关，但所有高级脊椎动物的成分均类似于哺乳动物的完整补体系统。补体系统在进化过程中保存得很好，这一事实不仅意味着它具有重要的生物学价值，而且还表明补体和免疫球蛋白已在整个高等脊椎动物的免疫系统整个进化过程中相互作用。

免疫系统的遗传起源

研究人员发现抗原识别所涉及的蛋白质结构与免疫系统中细胞间识别的蛋白质结构之间存在许多相似之处。抗原是抗体识别并结合的外源蛋白质。这些蛋白质包括淋巴细胞的抗原受体，（MHC）蛋白，参与免疫反应中细胞间识别的核心受体（例如名为CD4的受体， CD8和CD28），以及与Y型免疫球蛋白分子茎结合的FC受体。许多不参与免疫系统的蛋白质也与这些蛋白质共享结构特征。主要特征相似性是称为免疫球蛋白结构域的结构。每种蛋白质由一个或多个大小几乎相同的Ig结构域组成。这些结构域通过末端氨基酸上硫原子之间的键形成环。尽管每个结构域都是不同的，并且在整个分子中起着不同的作用，但是形成每个结构域的氨基酸的数量和顺序远比如果每个氨基酸在进化过程中独立出现时所预期的相似。同样引人注目的是，小鼠和大鼠的神经细胞，胸腺细胞和T淋巴细胞（T细胞）携带一种称为Thy-1（胸腺1抗原）的表面蛋白，该蛋白也具有相同的基本结构和相似的氨基酸排列酸。相似之处表明，所有这些分子的基因均来自某个原始基因，该原始基因与一个细胞的识别有关，这是复杂的多细胞生物有序发展所必需的，并且在进化过程中它们获得了不同的功能。研究人员将这组基因及其蛋白质产物命名为免疫球蛋白超家族。一个祖先基因可能产生这样一个基因家族的过程包括基因重复，交叉和突变，所有这些都在遗传学中进行了详细讨论。

免疫球蛋白（Ig）超家族的某些蛋白质的示意图超家族的所有成员都参与识别其他细胞或外来颗粒的细胞能力。它们在所谓的Ig结构域中具有基本的结构相似性，表明编码这些蛋白的基因是从参与细胞间识别的共同祖先基因进化而来的。

毫不奇怪，在不同物种中具有相似功能的分子（例如，免疫球蛋白或MHC成分）显示出更接近的相似性。通过分析在例如人类，小鼠和兔子中组成IgM和IgG分子的多肽链中氨基酸的差异数量及其位置，并通过合理假设突变率，科学家可以大致估算出多少要使这些物种的现有免疫球蛋白从共同的祖先IgM样分子进化而来，必须经过几代人的时间，因此要花多少时间。这样的计算表明，与祖先免疫球蛋白的分歧发生在大约2亿年前。大约在同一时间，两栖动物被认为偏离了主要脊椎动物。因此，可以得出结论，一种功能性免疫系统甚至出现得更早，并且从那时起就一直在提供防御外来因子的能力。