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life-science / timeline

20 亿年前微生物

真核生物出现

内共生事件:一个古菌吞噬了一个细菌,后者演变为线粒体。细胞有了细胞核。

科学意义

真核细胞的出现是生命复杂化的关键一步,所有多细胞生物(植物、动物、真菌)都是真核生物。

历史脉络

之前

地球上的生命全部是原核生物(细菌和古菌),结构简单,缺乏细胞核和膜结合细胞器。

之后

真核生物逐渐多样化,最终演化出多细胞生命形式,开启了寒武纪大爆发的基础。

关键人物

Lynn Margulis

未解之谜

  • 线粒体和叶绿体的内共生事件分别发生在何时?
  • 真核细胞的细胞核是如何演化出来的?

深度阅读

真核生物的出现标志着生命复杂性的一次重大飞跃。通过内共生事件,原始的古菌细胞获得了线粒体,随后某些谱系又通过类似的过程获得了叶绿体,这些事件为真核生物的多样化奠定了基础。

内共生理论

林恩·马古利斯在1967年提出的内共生理论认为,线粒体起源于被古菌吞噬的好氧细菌,而叶绿体则起源于被吞噬的蓝藻。这一理论最初遭到主流科学界的反对,但随着分子生物学证据的积累,现已被广泛接受。

支持内共生理论的关键证据包括:线粒体和叶绿体拥有自己的DNA(环状,类似细菌)、自己的核糖体(70S型,类似细菌而非真核的80S型)、双层膜结构(内层来自共生体,外层来自宿主)以及它们通过二分裂方式独立增殖。

从原核到真核的飞跃

真核细胞相比原核细胞的关键创新包括:细胞核(将DNA与细胞质分离)、内膜系统(内质网、高尔基体)、细胞骨架(微管、微丝)以及有丝分裂和减数分裂。这些创新使真核细胞能够进行更复杂的基因调控、细胞内运输和遗传重组。

最近的基因组学研究揭示,真核生物的起源可能涉及古菌(阿斯加德古菌)和细菌的基因融合。阿斯加德古菌的发现为理解真核生物的起源提供了重要线索,它们拥有许多此前被认为是真核生物特有的基因。

参考文献

  1. [1] Margulis, L. (1967). On the origin of mitosing cells. Journal of Theoretical Biology.DOI
  2. [2] Spang, A. et al. (2015). Complex archaea that bridge the gap between prokaryotes and eukaryotes. Nature.DOI