分子进化与系统发育学

内共生的分子证据(molecular evidence for endosymbiosis)

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你细胞内部两个最重要的结构——为你制造能量的线粒体,以及植物中捕捉阳光的叶绿体——看上去奇怪地像两个小小的囚徒。它们有自己的DNA、按自己的时间表分裂、并被一层双层膜包裹着,仿佛是被吞进来的。如今得到有力支持的那个惊人解释是:它们曾经是自由生活的细菌,很久以前被一个祖先细胞吞下、却始终没被消化——而正是分子证据,把这个一度狂野的想法变成了主流的事实。

内共生学说说:十多亿年前,一个宿主细胞摄入了一个自由生活的细菌,那细菌没有被吞食,反而在内部安顿下来、成为永久的伙伴。后来变成线粒体的那个细菌,是一种擅长用氧气产能的需氧细菌;后来变成叶绿体的那个,是一种进行光合作用的蓝细菌。最有力的证据是分子层面的。线粒体和叶绿体携带着自己的小型环状基因组,像细菌的一样,与细胞的核DNA分开。它们的核糖体像细菌的核糖体,而不像宿主的,并且会被那些专打细菌的抗生素阻断。而决定性的是,当你取一个线粒体的核糖体RNA序列、把它放到生命之树上时,它不与它的宿主细胞分到一枝——它深深地分到细菌之中,紧挨着它自由生活的亲属。这个分子记得自己从哪里来。

这是分子系统发生学解决一个深层历史问题的典范,那是任何化石都无法定论的问题,而它在生命历史中名列最重要的事件之一——那场让真核细胞获得动力工厂的合并。一点精确的说明:随着时间推移,原先大多数细菌基因迁移到了宿主的细胞核里,所以今天这些细胞器只保留了一小段残余的基因组,其大部分蛋白质都依赖细胞核供给。它们是从前的细菌,已彻底整合,再也无法独立生存。

把一个线粒体的核糖体RNA序列放到生命之树上,它会落在α-变形菌之中,紧挨着像立克次体这样自由生活的亲属——这是写在分子里的证据,证明你的动力工厂曾经是细菌。

细胞器自己的DNA分到细菌之中,泄露了它的细菌出身。

线粒体和叶绿体是从前的细菌,但它们已不再独立:在进化中它们大多数基因迁入了宿主的细胞核,所以今天它们只保留一小段基因组,无法独自生存。

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