内共生
作者: Sally Warring
翻译: 苏尚

显示/隐藏要知道的单词

合作 (Cooperation): 向着同一目标共同努力。

脂质 (Lipid): 指由小片段(脂肪酸)组成的一种搭建生命(分子)的积木。脂质有很多种——脂肪类,蜡质类,固醇类等……

Scrambled egg or dog vomit slime mold

黏菌是细胞间合作的极好例子。点击查看更多细节。

与你的邻居友好相处大有益处,对吧?

个人和群体互相帮助时会做得更好。合作不仅仅对人类重要;如果没有与邻近生物的大量互动,我们所熟知的生命将不复存在。

我们星球上最早的居民都是单细胞生物。一些相邻的单细胞结合到一起,开始以一个有机体形式共同生存,你中有我。这种伙伴关系非常成功,直接导致了我们星球上包括人类在内的多种生命形式的进化。

什么是细胞?

所有生物都由细胞组成。即便地球上的生命形式数以百万计,它们都由两种基本类型的细胞组成:原核细胞和真核细胞。

细胞包含DNA。原核细胞(prokaryotes,读作pro-carry-oats)小且简单,细胞内有环状DNA自由漂浮。真核细胞(eukaryotes,读作you-carry-oats)大,而且更复杂。它们有一个细胞核,细胞核将成串的线性DNA包裹在脂质膜内。你习惯看到的所有生命形式——动物(包括人类)、植物和真菌——都是由真核细胞组成的。细菌太小以致于不借助显微镜无法看到,它们则是由原核细胞组成的。

Prokaryotic cell illustration

一种原核细胞。点击查看更多细节。

地球上最早的一些生命形式是原核细胞。它们首次出现是在40亿年前的化石记录里。在真核细胞于18亿年前出现之前,原核细胞已经存在了很长很长的时间了。这促使我们想象,所有真核细胞的祖先都是一种原核生物。

但是,从原核细胞变到真核细胞,细胞需要变得复杂得多。真核细胞由特殊的细胞器供能,这些细胞器就像电池一样工作。所有的真核细胞,都包含一种叫做线粒体的细胞器,用来制造供给细胞的能量。植物细胞还有另外一种叫做质体的细胞器。质体可以像太阳能电池一样,从阳光中收取能量。叶绿体就是一种质体。

什么是内共生理论?

真核细胞是怎样变得如此复杂的?这些像电池一样的细胞器又是从哪里来的呢?

我们认为,我们已经知道了部分答案。当多个细胞聚在一起形成一个细胞时,真核细胞可能就发生了进化。它们开始以一种我们称之为共生关系的方式生存。解释这一现象如何发生的理论就被我们称为“内共生理论”。内共生体是指在其他生物体内部生活的生物体。所有真核细胞,像你自己的细胞一样,都是由其他生物的零件组装成的生物。

Mitochondria from lung tissue

线粒体,我们细胞中的重要能量生产者,是从自由生活的细胞进化来的。点击查看更多细节。

线粒体和叶绿体作为细胞器,都曾经是自由生活的细胞。它们是最终停留在其他细胞(宿主细胞)内的原核细胞。它们可能以被吞掉(一种被称为“吞噬”的过程)的方式加入其它细胞,也或许它们是那个宿主细胞的寄生物。

在内部的细胞既没有被消化掉,也没有杀死宿主细胞,而是活了下来,和宿主细胞共同成长。这有点像“房东”和“租户”。宿主细胞提供一个舒适、安全的生活场所,而细胞器通过制造宿主细胞能够使用的能量来支付租金。这类事件在很久以前发生,随着时间推移,细胞器和宿主细胞共同进化。如今任一方在缺少另一方的情况下都无法生存。尽管今天它们以一个单独的有机体发挥功能,但是如果我们仔细观察,仍然可以找到这些细胞器自由生存过的证据。

什么证据支持内共生理论?

早在1883年,植物学家安德里亚斯·申佩尔(Andreas Schimper)就开始用显微镜观察植物细胞的质体细胞器。他观察质体分裂的过程,并注意到一些奇怪的事情。这个过程看起来和某些自由生存型细菌的分裂方式非常相似。

20世纪50年代到60年代间,科学家发现植物细胞中的线粒体和质体都有它们自己的DNA。这与植物细胞中其他的DNA不同。当科学家进一步研究这些线粒体和质体DNA中的基因时,他们发现,这些基因更像是从原核生物中来的。这便告诉我们,细胞器与原核生物有更近的亲缘关系。

植物细胞中的绿色叶绿体现在是细胞的重要部分,但是它们是从与植物细胞完全不同的生物体进化而来的。人们认为,叶绿体是从蓝细菌进化而来,这些蓝细菌在植物细胞的防御下存活了下来。

我们知道,细胞器周围由多层膜包裹。如果我们观察这些膜的组成分子,它们看起来很像当今自由生活的原核生物外围的膜。

因此,细胞器有它们自己的DNA,它们的基因又与现代原核生物的基因非常相似。它们拥有与原核生物相似的膜,同时它们似乎也用与原核生物类似的方式分裂和复制。如果一个真核细胞失去了这样一种细胞器,便无法重新制造它。每个真核细胞想要生存,便不得不从它的母细胞那里遗传至少一份这种细胞器。这意味着,组成这些细胞器所需的遗传信息在真核细胞的DNA中无法找到。所有的这些证据,都支持这个理论,即这些细胞器来自真核细胞外部。我们认为它告诉了我们,这些细胞器曾经是自由生活的原核生物。

Animal cell

真核细胞有很多结构是原核细胞没有的。

一位名为琳恩·马古利斯(Lynn Margulis)的科学家把所有这些信息汇总到了一起,并在1967年发表。她的文章题目叫《论有丝分裂细胞的起源》。有丝分裂细胞是真核细胞。今天科学家们都认可她的论文是非常重要的,但是在他们接受她的理论之前,很多年过去了。

然而,真核细胞进化的故事还远没有结束。我们还没有讨论能在真核细胞中看到但原核细胞里没有的其他结构,以及它们是如何进化的。这包括细胞核、高尔基体、内质网、溶酶体和细胞骨架。

它们从何而来?我们仍不知晓真相。它们可能在真核细胞内部随着时间推移进化而来。抑或,它们也可能是其他远古内共生事件的产物。它们如何进化仍是未解之谜。


额外图像来自Wikimedia Commons。丝状蓝细菌,来自莎莉·沃宁。

了解更多: 细胞住进细胞

查看引文

您可能需要编辑作者的姓名以符合样式格式,在大多数情况下为“姓氏,名字”

书目详细信息:

  • 文章: 细胞住进细胞
  • 作者: Sally Warring
  • 译者: 苏尚
  • 发行人: Arizona State University School of Life Sciences Ask A Biologist
  • 网站名称: ASU - Ask A Biologist
  • 发布日期: March 21, 2019
  • 访问日期: March 24, 2024
  • 链接: https://askabiologist.asu.edu/%E7%BB%86%E8%83%9E%E4%BD%8F%E8%BF%9B%E7%BB%86%E8%83%9E

APA Style

Sally Warring. (2019, March 21). 细胞住进细胞, (苏尚, Trans.). ASU - Ask A Biologist. Retrieved March 24, 2024 from https://askabiologist.asu.edu/%E7%BB%86%E8%83%9E%E4%BD%8F%E8%BF%9B%E7%BB%86%E8%83%9E

American Psychological Association. For more info, see http://owl.english.purdue.edu/owl/resource/560/10/

Chicago Manual of Style

Sally Warring. "细胞住进细胞", Translated by 苏尚. ASU - Ask A Biologist. 21 March, 2019. https://askabiologist.asu.edu/%E7%BB%86%E8%83%9E%E4%BD%8F%E8%BF%9B%E7%BB%86%E8%83%9E

MLA 2017 Style

Sally Warring. "细胞住进细胞", Trans. 苏尚. ASU - Ask A Biologist. 21 Mar 2019. ASU - Ask A Biologist, Web. 24 Mar 2024. https://askabiologist.asu.edu/%E7%BB%86%E8%83%9E%E4%BD%8F%E8%BF%9B%E7%BB%86%E8%83%9E

Modern Language Association, 7th Ed. For more info, see http://owl.english.purdue.edu/owl/resource/747/08/
丝状蓝细菌
人们认为,某些细胞器如叶绿体,是从蓝细菌进化而来。这里是蓝细菌的一个丝状克隆。
English version:

Be Part of
Ask A Biologist

By volunteering, or simply sending us feedback on the site. Scientists, teachers, writers, illustrators, and translators are all important to the program. If you are interested in helping with the website we have a Volunteers page to get the process started.

Donate icon  Contribute

Share this page:

 

Share to Google Classroom