出品：放牛班的秘密花園
來源：BigThink
編譯：Sail2008
責任編輯：Sunnisky
美國科學院院士、加州大學生物學教授Neil Shubin為你科普真核生物進化開創者Lynn Margulis的內共生理論，一起來見證生物進化的另類傳奇吧。
縱觀整個生物進化史，生物體一直都在「竊取」別人的創新成果，而不是從零開始創新。
舉個例子，細胞內的微型「器官」就曾是獨立生存的細菌。
如今，人類從細菌中提取出CRISPR序列，將其用作基因編輯技術。
輪子出現在地球上已有6000多年，手提箱也存在了幾個世紀。而帶輪子的手提箱幾十年前才發明，它改變了許多旅行者的生活。
創新與新的部件組合之間的關係絕非另類見解，它不僅是地球40億年進化史的一部分，也是人類未來的一部分。
20世紀60年代，時任加州大學伯克利分校研究生的Lynn Margulis在其首個研究項目中觀察到生物細胞的多樣性，並提出其產生機制的新理論。
據她回憶，論文完成後被約15家雜誌退稿。但她並不氣餒，最終在一份沒什麼名氣的理論生物學雜誌上找到了發表論文的地方。
Lynn Margulis
Margulis面對一片負面評論的大膽堅持令人驚嘆。這位年輕的女科學家在其職業生涯之初就選擇了與根深蒂固的正統觀念唱反調。
Margulis研究了構成動植物和真菌身體的細胞，這些細胞具有細菌所沒有的複雜性。動植物細胞中有一個細胞核，基因組就存在於其中。細胞核周圍有許多稱為細胞器的微型器官在各司其職。其中最突出的是為細胞提供動力的細胞器。
植物的葉綠體中有葉綠素，葉綠素能進行光合作用，將陽光轉化為可用的能量。同樣，動物細胞中有線粒體，線粒體能從氧氣和糖中產生能量。
葉綠素
Margulis觀察到這些細胞器看起來像細胞中的微型細胞。每個細胞器周圍都有自己的細胞膜將其與細胞的其餘部分隔開。線粒體和葉綠體在細胞中通過分裂成兩半的方式繁殖，這一過程被稱為二分裂。
當它們分裂時，細胞器拉長，中間縮緊，看起來像個啞鈴，然後分離形成兩個新個體。這些細胞器甚至有自己的基因組，與細胞核的基因組是分開的。
然而，細胞器的基因組與細胞核的基因組截然不同，細胞核中的DNA鏈是線性的，但在線粒體和葉綠體中，DNA形成一個環狀結構。
內共生理論
有自己的細胞膜，二分裂繁殖，DNA形成一個環，這些細胞器的結構讓Margulis有些似曾相識。她以前在哪兒見過這些特徵，對了，在細菌中。
細菌也採用二分裂繁殖，被一種類似的細胞膜包圍着，有一個看起來與葉綠體和線粒體的基因組很相似的基因組。為動植物細胞提供動力的細胞器看起來更像細菌，而非其所在細胞的細胞核。
二分裂
從這些觀察中，Margulis提出一種全新的進化史理論。葉綠體最初是一種獨立生存的藍藻細菌（又稱藍綠藻），它們被另一個細胞所吸收，作為新城代謝的免費「勞工」為其提供動力。
同樣，線粒體最初也是獨立生存的細菌，與另一個細胞合併後，被用來為其提供動力。
線粒體
Margulis的理論遭到的不是普遍的蔑視，就是徹底的漠視。幸運的是，科技趕上了她的想法。隨着20世紀80年代DNA測序技術的發展，細胞器內的基因進化史可以與細胞核的進化史相比，浮現出的譜系圖更是美得驚人。
線粒體和葉綠體在基因上都與自身細胞核的DNA無關。葉綠體與不同種類藍藻細菌的關係，比與植物細胞內任何其他東西的關係都要密切。同樣，線粒體是一種耗氧細菌的後代，與其細胞核無關。
今天，每種動物或真菌細胞內都有兩個生命家族，一個是細胞核家族，另一個是細菌家族，其祖先是曾經獨立生存的細菌。植物細胞內有第三個家族，其祖先是曾經獨立生存的藍藻細菌。
觀察得越多，我們就越是發現，一個物種的特徵竟會被另一個物種借用、竊取和修改，以用於新用途。這樣一來，主人就繼承了現成發明的部件，而不必自己去重新發明它。可能正是這些部件組合以及由此產生的新型個體打開了進化的機會之門。
在長達數十億年的時間裏，生命都以單細胞的形式存在，而這一發明採用的方式是生物體代謝周圍的能量和化學物質。隨着更複雜個體的出現，產生了製造蛋白質、四處活動和進食的新方法。
有身體的生物，如動植物和真菌，相對來說是地球生命的新成員，構成它們的細胞都是由不同個體合併而成。
身體的出現開闢了生物進化的新途徑。由多細胞構成的生物，每個細胞都由細胞器提供動力，能長大並發育出新的組織和器官。
結果，組織和器官的多樣性幫助動物飛到最高的高度，在海底游泳，更高級的人類物種還設計出衛星來探測太陽系的遙遠區域。
是竊取，但方式巧妙
融合、借用和再利用其他物種的技術和發明是過去數十億年進化史的一部分，這也是我們的未來。
2020年諾貝爾化學獎授予了兩位女性，她們幫助設計了CRISPR-Cas這種編輯基因組的新技術。在自然界中，CRISPR是細菌用來抵禦病毒入侵的一種防禦機制。
我們終於弄明白了細胞和基因組數十億年來一直在做的事情，細菌發明的方法被用來改變其他細菌的基因組。
結果，正如Lynn Margulis所見，一種適當的技術，只要略加修補，就能改變進化。
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