當細胞「住」進細胞,在生物上真實發生的命運共同體

如果沒有組合體的創意出現，《變形金剛》這部動畫就少了很多的趣味。梵君小時候為了湊齊工程機械的組合體，常常要餓著肚子吃早點一段時間。

個人和群體互相幫助時會做得更好。合作不僅僅對人類重要；如果沒有與鄰近生物的大量互動，我們所熟知的生命將不復存在。

我們星球上最早的居民都是單細胞生物。一些相鄰的單細胞結合到一起，開始以一個有機體形式共同生存，你中有我。這種夥伴關係非常成功，直接導致了我們星球上包括人類在內的多種生命形式的進化。

什麼是細胞？

所有生物都由細胞組成（由於病毒沒有細胞結構，所以關於病毒是否是生物，這個還存在分歧）即便地球上的生命形式數以百萬計，它們都由兩種基本類型的細胞組成：原核細胞和真核細胞。

細胞包含DNA。原核細胞（prokaryotes，讀作pro-carry-oats）小且簡單，細胞內有環狀DNA自由漂浮。真核細胞（eukaryotes，讀作you-carry-oats）大，而且更複雜。它們有一個細胞核，細胞核將成串的線性DNA包裹在脂質膜內。你習慣看到的所有生命形式——動物（包括人類）、植物和真菌——都是由真核細胞組成的。細菌太小以至於不藉助顯微鏡無法看到，它們則是由原核細胞組成的。

原核細胞結構

地球上最早的一些生命形式是原核細胞。它們首次出現是在40億年前的化石記錄裡。在真核細胞於18億年前出現之前，原核細胞已經存在了很長很長的時間了。這促使我們想像，所有真核細胞的祖先都是一種原核生物。

原核生物是指一類細胞核無核膜包裹，只存在稱作核區的裸露DNA的原始單細胞生物。它包括細菌、放線菌、立克次氏體、衣原體、支原體、藍細菌和古細菌等。它們都是單細胞原核生物，結構簡單 [1] ，個體微小，一般為1～10 m，僅為真核細胞的十分之一至萬分之一。

但是，從原核細胞變到真核細胞，細胞需要變得複雜得多。真核細胞由特殊的細胞器供能，這些細胞器就像電池一樣工作。所有的真核細胞，都包含一種叫做線粒體的細胞器，用來製造供給細胞的能量。植物細胞還有另外一種叫做質體的細胞器。質體可以像太陽能電池一樣，從陽光中收取能量。葉綠體就是一種質體。

什麼是內共生理論？

真核細胞是怎樣變得如此複雜的？這些像電池一樣的細胞器又是從哪裡來的呢？

我們認為，我們已經知道了部分答案。當多個細胞聚在一起形成一個新的組合生物體時，真核細胞可能就發生了進化。它們開始以一種我們稱之為共生關係的方式生存。解釋這一現象如何發生的理論就被我們稱為「內共生理論」。內共生體是指在其他生物體內部生活的生物體。所有真核細胞，像你自己的細胞一樣，都是由其他生物的零件組裝成的生物。

內共生

線粒體，我們細胞中的重要能量生產者，是從自由生活的細胞進化來的。點擊查看更多細節。

線粒體和葉綠體作為細胞器，都曾經是自由生活的細胞。它們是最終停留在其他細胞（宿主細胞）內的原核細胞。它們可能以被吞掉（一種被稱為「吞噬」的過程）的方式加入其它細胞，也或許它們是那個宿主細胞的寄生物。

線粒體的祖先可能是一種好養型的變形菌。

線粒體電鏡假彩照

在內部的細胞既沒有被消化掉，也沒有殺死宿主細胞，而是活了下來，和宿主細胞共同成長。這有點像「房東」和「租戶」。宿主細胞提供一個舒適、安全的生活場所，而細胞器通過製造宿主細胞能夠使用的能量來支付租金。這類事件在很久以前發生，隨著時間推移，細胞器和宿主細胞共同進化。如今任一方在缺少另一方的情況下都無法生存。儘管今天它們以一個單獨的有機體發揮功能，但是如果我們仔細觀察，仍然可以找到這些細胞器自由生存過的證據。

再舉例：就像最近雷暴的短租公寓，房東斷水斷電沒能把租客趕走，租客也沒有拆家毀房子搬走電視機，最終租客與房東達成協議，租客通過在房東的公司打工達成了一種「內共生」。

免疫吞噬

幸運的是當時還不存在免疫細胞這種東西。否則線粒體將不會出現。

什麼證據支持內共生理論？

早在1883年，植物學家安德裡亞斯·申佩爾（Andreas Schimper）就開始用顯微鏡觀察植物細胞的質體細胞器。他觀察質體分裂的過程，並注意到一些奇怪的事情。這個過程看起來和某些自由生存型細菌的分裂方式非常相似。

20世紀50年代到60年代間，科學家發現植物細胞中的線粒體和質體都有它們自己的DNA。這與植物細胞中其他的DNA不同。當科學家進一步研究這些線粒體和質體DNA中的基因時，他們發現，這些基因更像是從原核生物中來的。這便告訴我們，細胞器與原核生物有更近的親緣關係。

植物細胞中的綠色葉綠體現在是細胞的重要部分，但是它們是從與植物細胞完全不同的生物體進化而來的。人們認為，葉綠體是從藍細菌進化而來，這些藍細菌在植物細胞的防禦下存活了下來。

葉綠體

我們知道，細胞器周圍由多層膜包裹。如果我們觀察這些膜的組成分子，它們看起來很像當今自由生活的原核生物外圍的膜。

因此，細胞器有它們自己的DNA，它們的基因又與現代原核生物的基因非常相似。它們擁有與原核生物相似的膜，同時它們似乎也用與原核生物類似的方式分裂和複製。如果一個真核細胞失去了這樣一種細胞器，便無法重新製造它。每個真核細胞想要生存，便不得不從它的母細胞那裡遺傳至少一份這種細胞器。這意味著，組成這些細胞器所需的遺傳信息在真核細胞的DNA中無法找到。所有的這些證據，都支持這個理論，即這些細胞器來自真核細胞外部。我們認為它告訴了我們，這些細胞器曾經是自由生活的原核生物。

一位名為琳恩·馬古利斯（Lynn Margulis）的科學家把所有這些信息匯總到了一起，並在1967年發表。她的文章題目叫《論有絲分裂細胞的起源》。有絲分裂細胞是真核細胞。今天科學家們都認可她的論文是非常重要的，但是在他們接受她的理論之前，很多年過去了。

然而，真核細胞進化的故事還遠沒有結束。我們還沒有討論能在真核細胞中看到但原核細胞裡沒有的其他結構，以及它們是如何進化的。這包括細胞核、高爾基體、內質網、溶酶體和細胞骨架。

真核細胞複雜的結構

它們從何而來？我們仍不知曉真相。它們可能在真核細胞內部隨著時間推移進化而來。抑或，它們也可能是其他遠古內共生事件的產物。它們如何進化仍是未解之謎。

梵觀點：合作共生也許是人類在宇宙黑暗森林中最好的出路。