线粒体和真核生物的起源( 二 )


McCutcheon的团队表明 , 为了做到这一点 , 粉虫细胞必须进化一种在曾经独立生物之间来回运输蛋白质的装置——允许来自粉虫细胞的细胞穿过两组内共生膜 , 供最内共生体使用 。
类似的东西发生在一种名为Paulinella的单细胞变形虫状真核生物中 。 Paulinella有一个内共生体 , 在数千万年前被吞没 , 它能够从阳光中获取能量 , 而无需通常为光合作用提供动力的叶绿体细胞器 。 德国杜塞尔多夫大学实验室负责人Eva Nowack发现Paulinella的基因组现在包含来自内共生的基因以及通过水平基因转移获得的其他基因 。
值得注意的是 , 内同源从宿主进口400多种蛋白质 , 因此它还必须进化出像粉虫一样复杂的蛋白质运输系统 。 分子进化学家安德鲁·罗杰(Andrew Roger)在加拿大哈利法克斯达尔豪斯大学研究细胞器的进化:“这非常令人兴奋 , 因为它表明 , 重新进化这些运输系统并不像之前想象的那么困难 。

来源:科学期刊
这种被称为粉虫的昆虫看起来并不令人印象深刻 , 但它的细胞不是一只 , 而是容纳两个细菌客人或内交生虫 , 一个嵌套在另一个里面 。 在大约1亿年的时间里 , 粉虫及其内共生体进化出了一个复杂的系统 , 可以将基因产物从一个切到另一个 , 就像线粒体及其宿主细胞一样 。

这些例子说明了内共生体如何与宿主融合 , 并表明在真核生物进化的早期 , 来自各种来源的水平基因转移也可能相当频繁 。 McCutcheon表示:“这并不表明线粒体形成时发生的事情 , 但它表明这是可能的” 。
有很多强有力的证据表明真核生物的水平基因转移 , 因此真的没有理由说这不可能发生在原核生物-真核生物过渡期间 。 事实上 , 这几乎可以肯定确实发生了 。
购买基因
达尔豪斯大学比较基因组学家John Archibald表示 , 这意味着古代宿主可以一次一个地逐渐获得真核特征 , 比如购物者通过水平基因转移或吞噬一系列内共生体将物品放入购物袋中 。 其中一些新获得的基因可能对宿主有用 , 因为它进化了现代真核细胞中发现的其余机制 。
如果是这样 , 当古代宿主吞没线粒体的前体时 , 它已经具有许多真核特征 , 可能包括一些细胞器 , 被膜包围的内部隔间——这意味着线粒体不是真核进化的主要驱动力 , 而是后来的添加 。
但是 , 尽管所有证据支持真核生物进化的渐进主义假设 , 但仍有一些理由怀疑 。 首先 , 这些最近的内共生体可能不会告诉我们真核生物起源期间发生的事情——毕竟 , 在这些后期 , 现代宿主细胞已经是真核生物了 。
杜塞尔多夫大学研究真核生物起源的进化生物学家比尔·马丁表示:“这些例子告诉我们 , 一旦你有了真核细胞 , 建立细胞内共生就很容易” 。 但真核生物已经拥有吞噬另一个细胞所需的所有细胞内机制 。 目前还不清楚祖先原真核生物是否有这种能力——这将使第一次内共生的屏障更高 。

来源:如下
阴道毛滴虫、黄豆和布鲁斯锥虫(从左到右)都被认为是原始真核生物 。 对这些和其他不寻常的真核生物的基因组进行测序的生物学家发现了一些意想不到的基因 , 这些基因似乎既不是来自原始真核宿主细胞 , 也不是来自其线粒体共生体 。 这可能意味着其他伙伴物种也促成了真核生物的起源 。 来源:JOE MILLER(左);STAN ERLANDSEN(中);GULL LAB由SUE VAUGHAN提供(右)
事实上 , 一些证据表明 , 关键的真核特征是一次性获得的 , 而不是逐渐获得的 。 所有真核生物都有任何研究过细胞生物学的人都熟悉的相同组细胞器:细胞核、核仁、核糖体、粗糙光滑的内质网、高尔基器械、细胞骨架、溶酶体和中心粒 。 (植物和其他一些光合作用真核生物有一个额外的叶绿体 , 每个人都同意它通过单独的内共生产生) 。
弗吉尼亚州霍华德·休斯医学院Janelia研究校园的细胞生物学家Jennifer Lippincott-Schwartz表示 , 这强烈表明 , 其他细胞器的起源大约是同一时间——如果没有 , 不同的真核谱系应该有不同的细胞器组合 。
一些生化证据也指向了这一点 。 祖先宿主和内共生体属于生命树的不同分支——分别是古菌和细菌——它们使用不同的分子来构建膜 。 真核细胞器的膜在结构上都不是完全古生物 , 因此它们不太可能来自祖先的宿主细胞 。 相反 , 这表明古宿主是一个相对简单的细胞 , 只有在线粒体祖先到来后才进化出其他细胞器 。
但是 , 最近在真核生物家谱中发现的所有神秘的外来基因呢?还有另一种可能的解释 。 所有这些外来基因都可以与进化成线粒体的内共生一起到达一个包中 。 后来 , 在事件发生后的15亿年里 , 由于细菌很容易交换基因 , 这些基因可能会分散在许多细菌群体中 。 这将给人一种错误的印象 , 即多个伴侣为早期真核生物贡献了基因 。

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