高階生物是如何產生的?是源自於低等生物的相互寄生嗎?

原核細胞有細胞膜嗎

如果你在錯誤的世界的某個地方喝了錯誤的水，你的腸道就會變成一種腸道寄生蟲的家。

在接下來的幾周裡，你的胃會痙攣，伴有嚴重的腹瀉。我們把這些放在一邊，比如說賈第亞。它有一個奇怪有趣的解剖結構。它由一個細胞組成，它看起來像一個有四個尾狀細絲的惡性撕裂，但它有兩個細胞核。很明顯，它是一個真核生物，雖然它沒有線粒體。此外，至少有1000個單細胞真核生物，其中大多數是寄生蟲，沒有線粒體。它們被稱為真核生物的來源，因為沒有線粒體能植物，因此它一直是真核細胞起源爭論的焦點。它們似乎是一個時代遺留下來的，在這個時代，原核生物已經進化成原始的真核生物，而不是線粒體。它們的存在剛剛表明線粒體是真核生物產生過程中的晚期。

在20世紀90年代，科學家們慢慢意識到，某些基因賈第鞭毛蟲和家庭成員只能在其他真核生物的線粒體中發現，說：“突發起源”才躲過了致命一擊。這些來源真核生物線粒體肯定曾經有過，但後來消失或轉換成一定的細胞“小屋”。他們不是原始真核生物線粒體融合前，但高等真核生物的退化，就像寄生生活開始後，絛蟲等寄生蟲，將不再需要放棄複雜的器官。 “我們還沒有找到一個原始的，非真核細胞的線粒體。”麥金納尼說。 “我們曾預測所有真核生物有一個線粒體，”馬丁說。 “每個人都在嘲笑我們，但現在，這些元素被明明白白地寫著教科書。我宣告，我贏了。除了課本，其他任何人向我承認，是不是真正的勝利。”

如果線粒體如此重要，為什麼它們只進化一次？那麼為什麼真核生物只進化一次呢？

2010年，耐克·列恩和比爾·馬丁在《自然》雜誌上發表了一篇題為“基因組複雜性的熱力學研究”的文章，回答了上述兩個問題。透過一系列簡單的計算和複雜的分析，他們得出結論，原核生物保持了其簡單性，因為他們負擔不起真核生物所使用的能量密集型生活方式。用星際迷航的粉絲Zhongsike的話來說，他們做不到，艦長。他們做不到。

雷恩和馬丁說，一個細胞如果要變得更復雜，就需要一個更大的基因組。真核生物的平均基因組比原核生物的平均基因組大100~10，000倍。但是大的基因組不是白色的，一個細胞需要能量來複制它的DNA，它的基因編碼的資訊被用來製造蛋白質。特別是，電池最繁重的任務是消耗電池總能量的3/4。如果一種細菌或古細菌的基因組增加了10倍，那麼粗略地估計，產生額外蛋白質的能量是細菌或古細菌的10倍。

一種解決方案可能是較大的。駕駛原核細胞的反應在其整個膜產生能量。的小區越大，細胞膜的區域中，它可以提供更多的能量。不過，需要做出更多的細胞蛋白質越大，他們需要更多的能量被細胞所消耗的能量可以被收購。如果原核細胞和細胞的大量真核基因組的基因組中，因為它消耗的能源的單基因將減少到原來的二百三萬分之一！即使駭人聽聞的可憐蟲的低效率可以在隔離的狀態下生存，其他的原核細胞也將遠遠落後。

原核細胞被困在能量陷阱中，因此它們必須保持簡單而微小的狀態。他們爬不出這個陷阱。如果說有什麼不同的話，那就是進化將它們推向了相反的方向：它們無情地將自己的基因組切割成一堆緊密交織在一起的重疊基因。一些原核生物透過捕獲線粒體成功逃脫了這個陷阱，這是一個罕見且幾乎不可能的伎倆。

兩隊在各自的角色有一個內膜，把自己摺疊起來就像一堆重複摺疊的布。透過這種方式，它們為宿主細胞提供了巨大的膜表面積，並進行產生能量的化學反應。這些反應涉及線粒體膜中一系列變化無常、不可預測的蛋白質。這些蛋白質從食物分子中提取電子，將電子轉移到下一個蛋白質，然後將電子傾倒到大腦中釋放能量。這個過程會產生Gaodianya和不穩定的分子。任何能產生變化的步驟，細胞都很容易死亡。

線粒體也有一小條DNA鏈，編碼十幾種蛋白質，這些蛋白質將參與電子傳輸鏈。它們能迅速產生更多參與這些反應的蛋白質，並能迅速降低製造速度，從而控制跨膜電位；它們既能提供能量，又有能力控制它，它們這樣做根本不會干擾核。它們是用來利用能量的。線粒體絕對被稱為真核細胞發電站。“指揮中心太官僚主義了，太遠了，做不到任何事情，”瑞安說。“你必須有這些小團隊，儘管你的權力有限，但你可以自己決定如何利用它們來應對當地的現實。如果他們不在那裡，你就活不下去了。”

原核細胞不會廠，他們廠自己。它們可以被向內摺疊膜，以獲得用於生產能源的額外的空間。但他們不能生產高能量的分子，從而使中央政府（核）必須做二次DNA的實驗演變的時間和精力“排頭兵”。

唯一的辦法就是和另一個細胞融合。當一個太古宙這樣做時，在它的細菌伴侶提供的能量的驅動下，它會立即跳出束縛它的能量陷阱。現在它有足夠的能量來擴充套件它的基因組，試驗新的基因和蛋白質，變得更大，促進新的和更創新的代謝途徑。它可以形成一個細胞核來封裝它的遺傳物質，並吸收其他微生物作為它自己的新的小器官，例如葉綠體用於植物的光合作用。“你需要線粒體水平的能量供應來支援這些進化冒險，”馬丁說，“它們不是白費的。”

雷恩和馬丁的論點無疑是“突然起源論”的禮物。要變得複雜，細胞必須有穩定的、分散式的能量供應，而穩定的、分散式的能量供應只能由線粒體提供。如果沒有這些“內部發電廠”，其他原核生物即使進化也只能停留在單一和簡單的細胞形式中。這種產生線粒體的融合似乎是完全不可能發生的。雖然原核生物和線粒體之間的相互作用一直都在發生，但原核生物難以吞食和整合線粒體，30多億年來只成功過一次。“在漫長的進化歷史中，肯定有成千上萬這樣的案例。但他們必須找到一種和諧的生活方式，彼此安定下來，並作出改變以適應彼此。“這似乎是真正的困難，”雷恩說。”最後一個問題

儘管目前許多證據都指向“突發的起源”，但科學家仍然對理論有很多異議。一些科學家支援更激進的觀點，例如原核生物是真核生物的更簡單的變體，而不是它們的祖先那麼複雜。其他人仍然是“伍茲的生命樹”的堅定信徒。

2017年，安東尼·普爾和David Penney的作者指責為“突發性起源說”陣營一味追求“建立在它們的進化機制的天馬行空的想象力。”他們指出，不吞噬古細菌之間互相真核細胞吞噬它具有鮮明的特點。人們可以很容易理解真核細胞是如何吞噬原始細菌得到的線粒體，但很難想象，一個相對簡單的古是如何做到這一點。

多虧了一種名為柑桔粉蟲的白色昆蟲，它使這一令人生畏的反駁稍稍偏離了邊緣。

柑橘類粉絲蟲的細胞中含有一種叫做端粒的細菌，而端粒細胞中含有另一種叫做莫羅尼拉的細菌。雖然看來原核生物並沒有吞下任何東西的能力，但無論如何，這個世界是一個原核生物與另一個原核生物生活在體內。

然而，古細菌和細菌的最初融合是如何發生的呢？其中一個怎麼去另一個？是什麼讓他們的關係穩定下來的？是氫元素還是什麼？他們怎樣才能維持一種匯合狀態呢？我認為我們有正確的標誌，但我們還沒有找到所有的白線和道路交通標誌為我們所有人。馬丁說，我們已經有了一幅全球性的圖景，但並不是所有的細節。“也許我們永遠不會確切地知道真相。”真核生物起源的年代如此遙遠，以至於我們可以瞭解到，這種小毛皮是一個奇蹟，也是一個奇蹟。因此，存在著一種爭論，即不確定性是不可避免的。