原核生物与真核生物

所有的生物都是由细胞组成的,它是生命活动的最小单位。本质上,它们是装在一种有机材料袋子(细胞壁)里的一组分子。细胞内的结构提供了呼吸、同化、繁殖和其他生命进程的功能。病毒并没有细胞,但是它们通过宿主细胞来达到繁殖的目的,所以它们并不属于这个特定的分类。不是所有的细胞都是相同的。一些主要结构的有或无把所有的细胞分成了两类生命物质存在——原核细胞和真核细胞。

原核生物出现在地球历史的早期,大约35 亿年以前。在六个界的生物中,它们占据了两个——真细菌和古细菌。原核细胞的结构最为简单,它是由细胞膜和细胞壁包围着的一组分子。真细菌的形状各不相同,这些形状用来给真细菌界中不同的种群命名——比如,杆菌是杆状的,球菌是球状的,而螺旋菌是螺旋状的。

古细菌可能是地球上最奇怪的生命。比如说产甲烷古细菌,它生活在海面以下3 千米的地方,在85 摄氏度高温的火山口也能成活。这种奇怪生物的基因组有1738 组基因,其中56% 科学界仍然很陌生,而且和其他任何生命形态也并无关联。

虽然所有的原核生物结构都很简单,但是它们中有一些有光和色素(叶绿体),而另一些有鞭子一样的用来移动的“鞭”毛,或者粘附基质用的菌毛(纤毛)。但是它们没有像真核生物那样复杂的细胞器。剩下的四种真核界包括原生生物界、植物界、真菌界以及本书的重点——动物界。不像由“一袋分子”组成的原核生物,真核生物体的细胞有明确的“细胞骨架”,由微小的细管和纤丝构成的支架使细胞有了形状,并可以运动。同时这个结构也作为基础,支持着真核细胞的第二大发明——细胞器。

顾名思义,这些结构是细胞里的微型“器官”,它们负责不同的功能。细胞核被细胞膜所包围,几乎包含了细胞所有的基因材料;内质网是一个小型蛋白加工厂;而高尔基体则将酶和其他细胞生成物从细胞内运送到细胞之外。

像原核生物一样,一些真核细胞也有叶绿体,另外还有一个新结构——线粒体,它是细胞的发电所,为细胞过程提供可用的能量。奇怪的是,这两种细胞器显示出在地球的早期历史中存在着真核世界和原核世界的某种联盟;这种不同生命形态之间团结协作、互惠互利的关系,被称为共生的“社会契约”,我们会在今后的讲述中经常看到。

生命之树 
在基础层面上,根据细胞的复杂程度和它们的生物化学特性,生命被划分成三类有机体——真细菌、古细菌(它们并称为原核生物),以及拥有细胞核的真核生物。真核生物本身分成几个种群,包括海克尔传统“三界”生命理论所涵盖的植物、真菌和多细胞动物。无数其他种群的微生物也被归纳在“生命之树”的分支里,虽然它们之间的联系并不一定很近,但是它们还是被分在了“原生生物”中。

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通常认为,线粒体是由不小心闯入真核细胞,却意外发现里面环境很适宜的好氧细菌进化而来。而这个被包裹着的细胞也受益于这种细菌。同样,真核叶绿体也被认为是由进入细胞的蓝藻细菌演化而来。

这些演化的证据确凿。不像其他细胞器,如高尔基体,可以被细胞重新制造,一旦没有了叶绿体或者线粒体,细胞就不能重新制造它们。这是因为叶绿体和线粒体通过完全独立的基因组完成繁殖,而且这些基因组从各个角度上看都和细菌的基因组合完全相同。另外,这两个细胞器的蛋白质合成方式也是细菌式的。更近一步说,有些作用在线粒体和叶绿体上的抗菌药物丝毫不会影响真核细胞的其他功能。

因此,我们似乎可以想象,在15 亿年前即将出现真核生物的时候,有一种原始的细胞“吞噬”了——并非消化吸收——这些原核细胞,而且得到了相当大的好处,以至于这种复合生物,这种新进化的真核细胞从此走上了兴旺繁荣的道路。真核细胞的崛起产生了植物和真菌,以及所有我们称为动物的生物。

自德国博物学家恩斯特·海克尔在1866 年第一次创造了“原生生物”这个词起,它就被用在了很多地方。今天,它所指的是可以独立生存的单细胞真核生物,以及集群中所有细胞都完全相同,没有不同组织类型分工的群落型真核生物。

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