第2章 細胞進化——從原核細胞到真核細胞(2 / 2)

(2)質體是由兩層或多層膜包被的,原核細胞之間的一次共生事件不可能產生兩層或多層膜結構。

如果質體起源於細胞內共生,那麼至少要通過兩次以上的進化事件,即第一次共生事件發生在含有上述不同類型色素組成的各原核生物祖先與具有吞噬特性的原核生物宿主之間,第二次和以後的共生事件則發生在第一次共生所產生的原始真核生物之間。

原先以為含有葉綠素a、b的綠藻和綠色植物質體的祖先可能近似現生的原綠藻,但16SrRNA的比較分析表明原綠藻與綠色質體親緣關係很遠,兩者無關。

雖然關於最早的真核生物的化石研究雖有許多報道,但鑒定和確認是困難的。這是因為單細胞真核生物形態簡單,化石保存中形態改變,古生物學家難以單從簡單形態特征判斷化石的分類地位。目前已知最早的真核單細胞生物的化石是發現於加拿大安大略省西南部的岡弗林特鐵建造的燧石層中的有芽球或萌發管狀的球狀微生物,其同位素年齡值大約為19億年。

我國的長城群串嶺溝組頁岩中曾發現類似開裂的孢子囊的結構,同位素年齡值大約為16~17億年。如果這類化石確為真核生物,那麼可以說在元古宙早期,大氣圈自由氧開始積累不久,單細胞的真核生物可能已經存在於地球生態係統之中了。

古生物的和地質的大量證據表明,在元古宙晚期,即新元古代10億年前~5.4億年前這段時間裏,發生了一係列重要的生物進化事件和全球性的環境變化。

淺海底棲多細胞後生藻類植物和後生無脊椎動物為主體的生態係統的建立和發展、以單細胞真核藻類植物和原生動物為主體的浮遊生態係統的發展階段。由於大氣圈CO2含量的急劇下降所造成的全球性氣溫下降(出現冰川)、海平麵及海水化學變化等因素造成藍菌疊層石生態係統的衰落和解體,原生動物、植物出現,發生了生命曆史上的第一次較大規模的絕滅和較大的適應輻射。海洋生態係統進一步複雜化,表現在物種分異度增大,生態係統內物質能量轉換的層次增多。

疊層石的豐度和形態多樣性的顯著下降標誌著藍菌的衰落,生物的多細胞化和微觀的單細胞生命的優勢地位被宏觀體積的多細胞生物所替代,有分化組織的葉狀體植物的大量出現(6.5億年前)和接踵而來的多門類的有體腔的原生動物的適應輻射(5.7億年前),以及浮遊植物多樣性的大增長,藍菌及藻類植物的鈣化以及碳酸鈣的、磷酸鈣的、矽質的、有機質(幾丁質)的各種礦化骨骼出現於不同門類的動物和原生生物之中(5.2~5.3億年前),最後是寒武紀的動物多樣性大增長(“寒武爆發”)。

與這一係列的生物進化事件相伴隨的是全球範圍的環境變化,這種變化起因於一些大的地質事件和生物與環境之間的相互作用的新的方式和新的規模。

多細胞化

多細胞化是繼真核細胞起源之後的又一重大的生命進化事件。

在地球35億年生命史的前4/5時間裏,單細胞生物是生物圈唯一的或主要的生命形式。由單細胞微觀生命向多細胞宏觀體積的生命形式的進化過渡是繼真核細胞起源之後的又一個重大進化事件,其生物學意義在於:

(1)生物個體體積的顯著增大,大的體積是組織分化和器官形成的必要條件;

(2)生物結構與功能的複雜化:生物個體在細胞組織分化的基礎上形成功能專化的器官係統,提高了生物適應能力並擴大了對環境適應的範圍;

(3)多細胞生物個體發育過程涉及的遺傳調控機製複雜化:單細胞生物隻涉及細胞內調控,多細胞涉及細胞間的調控;

(4)生物個體內環境的相對穩定;

(5)個體壽命延長。

簡言之,多細胞化是生物組織化水平的又一次大提高,這一進化事件奠定了地球上一切高級生命產生和發展的基礎。