分子演化與系統發生學

內共生的分子證據(molecular evidence for endosymbiosis)

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你細胞內部兩個最重要的結構——為你製造能量的粒線體,以及植物中捕捉陽光的葉綠體——看上去奇怪地像兩個小小的囚徒。它們有自己的DNA、按自己的時間表分裂、並被一層雙層膜包裹著,彷彿是被吞進來的。如今得到有力支持的那個驚人解釋是:它們曾經是自由生活的細菌,很久以前被一個祖先細胞吞下、卻始終沒被消化——而正是分子證據,把這個一度狂野的想法變成了主流的事實。

內共生學說說:十多億年前,一個宿主細胞攝入了一個自由生活的細菌,那細菌沒有被吞食,反而在內部安頓下來、成為永久的夥伴。後來變成粒線體的那個細菌,是一種擅長用氧氣產能的需氧細菌;後來變成葉綠體的那個,是一種進行光合作用的藍細菌。最有力的證據是分子層面的。粒線體和葉綠體攜帶著自己的小型環狀基因組,像細菌的一樣,與細胞的核DNA分開。它們的核糖體像細菌的核糖體,而不像宿主的,並且會被那些專打細菌的抗生素阻斷。而決定性的是,當你取一個粒線體的核糖體RNA序列、把它放到生命之樹上時,它不與它的宿主細胞分到一枝——它深深地分到細菌之中,緊挨著它自由生活的親屬。這個分子記得自己從哪裡來。

這是分子系統發生學解決一個深層歷史問題的典範,那是任何化石都無法定論的問題,而它在生命歷史中名列最重要的事件之一——那場讓真核細胞獲得動力工廠的合併。一點精確的說明:隨著時間推移,原先大多數細菌基因遷移到了宿主的細胞核裡,所以今天這些胞器只保留了一小段殘餘的基因組,其大部分蛋白質都依賴細胞核供給。它們是從前的細菌,已徹底整合,再也無法獨立生存。

把一個粒線體的核糖體RNA序列放到生命之樹上,它會落在α-變形菌之中,緊挨著像立克次體這樣自由生活的親屬——這是寫在分子裡的證據,證明你的動力工廠曾經是細菌。

胞器自己的DNA分到細菌之中,洩露了它的細菌出身。

粒線體和葉綠體是從前的細菌,但它們已不再獨立:在演化中它們大多數基因遷入了宿主的細胞核,所以今天它們只保留一小段基因組,無法獨自生存。

又稱
endosymbiotic theoryendosymbiont hypothesisserial endosymbiosis内共生学说内共生理论