出品：放牛班的秘密花园

来源：BigThink

编译：Sail2008

责任编辑：Sunnisky

美国科学院院士、加州大学生物学教授Neil Shubin为你科普真核生物进化开创者Lynn Margulis的内共生理论，一起来见证生物进化的另类传奇吧。

纵观整个生物进化史，生物体一直都在“窃取”别人的创新成果，而不是从零开始创新。

举个例子，细胞内的微型“器官”就曾是独立生存的细菌。

如今，人类从细菌中提取出CRISPR序列，将其用作基因编辑技术。

轮子出现在地球上已有6000多年，手提箱也存在了几个世纪。而带轮子的手提箱几十年前才发明，它改变了许多旅行者的生活。

创新与新的部件组合之间的关系绝非另类见解，它不仅是地球40亿年进化史的一部分，也是人类未来的一部分。

20世纪60年代，时任加州大学伯克利分校研究生的Lynn Margulis在其首个研究项目中观察到生物细胞的多样性，并提出其产生机制的新理论。

据她回忆，论文完成后被约15家杂志退稿。但她并不气馁，最终在一份没什么名气的理论生物学杂志上找到了发表论文的地方。

Lynn Margulis

Margulis面对一片负面评论的大胆坚持令人惊叹。这位年轻的女科学家在其职业生涯之初就选择了与根深蒂固的正统观念唱反调。

Margulis研究了构成动植物和真菌身体的细胞，这些细胞具有细菌所没有的复杂性。动植物细胞中有一个细胞核，基因组就存在于其中。细胞核周围有许多称为细胞器的微型器官在各司其职。其中最突出的是为细胞提供动力的细胞器。

植物的叶绿体中有叶绿素，叶绿素能进行光合作用，将阳光转化为可用的能量。同样，动物细胞中有线粒体，线粒体能从氧气和糖中产生能量。

叶绿素

Margulis观察到这些细胞器看起来像细胞中的微型细胞。每个细胞器周围都有自己的细胞膜将其与细胞的其余部分隔开。线粒体和叶绿体在细胞中通过分裂成两半的方式繁殖，这一过程被称为二分裂。

当它们分裂时，细胞器拉长，中间缩紧，看起来像个哑铃，然后分离形成两个新个体。这些细胞器甚至有自己的基因组，与细胞核的基因组是分开的。

然而，细胞器的基因组与细胞核的基因组截然不同，细胞核中的DNA链是线性的，但在线粒体和叶绿体中，DNA形成一个环状结构。

内共生理论

有自己的细胞膜，二分裂繁殖，DNA形成一个环，这些细胞器的结构让Margulis有些似曾相识。她以前在哪儿见过这些特征，对了，在细菌中。

细菌也采用二分裂繁殖，被一种类似的细胞膜包围着，有一个看起来与叶绿体和线粒体的基因组很相似的基因组。为动植物细胞提供动力的细胞器看起来更像细菌，而非其所在细胞的细胞核。

二分裂

从这些观察中，Margulis提出一种全新的进化史理论。叶绿体最初是一种独立生存的蓝藻细菌（又称蓝绿藻），它们被另一个细胞所吸收，作为新城代谢的免费“劳工”为其提供动力。

同样，线粒体最初也是独立生存的细菌，与另一个细胞合并后，被用来为其提供动力。

线粒体

Margulis的理论遭到的不是普遍的蔑视，就是彻底的漠视。幸运的是，科技赶上了她的想法。随着20世纪80年代DNA测序技术的发展，细胞器内的基因进化史可以与细胞核的进化史相比，浮现出的谱系图更是美得惊人。

线粒体和叶绿体在基因上都与自身细胞核的DNA无关。叶绿体与不同种类蓝藻细菌的关系，比与植物细胞内任何其他东西的关系都要密切。同样，线粒体是一种耗氧细菌的后代，与其细胞核无关。

今天，每种动物或真菌细胞内都有两个生命家族，一个是细胞核家族，另一个是细菌家族，其祖先是曾经独立生存的细菌。植物细胞内有第三个家族，其祖先是曾经独立生存的蓝藻细菌。

观察得越多，我们就越是发现，一个物种的特征竟会被另一个物种借用、窃取和修改，以用于新用途。这样一来，主人就继承了现成发明的部件，而不必自己去重新发明它。可能正是这些部件组合以及由此产生的新型个体打开了进化的机会之门。

在长达数十亿年的时间里，生命都以单细胞的形式存在，而这一发明采用的方式是生物体代谢周围的能量和化学物质。随着更复杂个体的出现，产生了制造蛋白质、四处活动和进食的新方法。

有身体的生物，如动植物和真菌，相对来说是地球生命的新成员，构成它们的细胞都是由不同个体合并而成。

身体的出现开辟了生物进化的新途径。由多细胞构成的生物，每个细胞都由细胞器提供动力，能长大并发育出新的组织和器官。

结果，组织和器官的多样性帮助动物飞到最高的高度，在海底游泳，更高级的人类物种还设计出卫星来探测太阳系的遥远区域。

是窃取，但方式巧妙

融合、借用和再利用其他物种的技术和发明是过去数十亿年进化史的一部分，这也是我们的未来。

2020年诺贝尔化学奖授予了两位女性，她们帮助设计了CRISPR-Cas这种编辑基因组的新技术。在自然界中，CRISPR是细菌用来抵御病毒入侵的一种防御机制。

我们终于弄明白了细胞和基因组数十亿年来一直在做的事情，细菌发明的方法被用来改变其他细菌的基因组。

结果，正如Lynn Margulis所见，一种适当的技术，只要略加修补，就能改变进化。

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