对最早复杂细胞的新研究是(对最早复杂细胞的新研究是什么)

Lane和Martin的基本点是，一个细胞的发展命运受到能量供应的支配。简单的原核生物大多很微小，由单细胞或小群落组成，可以依靠比较有限的能量储存来维持生命活动。

但一旦细胞达到足够的大小和复杂性，它最终就会到达原核生物无法超越的分水岭。至少理论是这么认为的。

根据这种观点，地球历史上的一个单一事件突然产生了真核生物，然后真核生物不断进化和多样化，占据了地球上的每一个生态位，从海底热液喷口到极地苔原。当自由生活的原核细胞内部获得另一个微小生物体时，就会发生这种惊人的多样化。

通过拨打内共生的过程，新的细胞居民被这个原始真核生物“吃了下去”，为它提供了额外的能量，并让它开始转变。它所获得的内共生体最终会发展成线粒体，也就是真核细胞中发现的细胞“发电厂”。

因为今天所有复杂的生命都可以追溯到进化树的单个真核分支，所以推测这种偶然的内共生事件，即线粒体的获得，在整个生命史上发生过一次，而且只发生过一次。一次。

这次自然事故就是我们聚集在这里的原因。如果没有线粒体，真核生物的更大尺寸和更复杂性在能量上是不可行的。

但这项新的定量研究挑战了这一说法。

跨越障碍

研究人员认为，虽然今天生活的原核生物和真核生物之间的差异很明显，但在过渡阶段，情况不太清楚。直到最终，现存真核生物的所有共同特征都出现了，产生了一个名为LECA的生物，也就是“真核生物的最后共同祖先”（lasteukaryoticcommonancestor）。的物种

定量分析表明，原核生物和真核生物在细胞大小、内部复杂性和基因数量方面不存在不可逾越的鸿沟，并且两种细胞形式之间存在相当大的重叠。

事实证明，细胞可以生长到相当大的尺寸，并获得至少一些复杂细胞的特征，同时保持主要的原核特征和不存在线粒体。

换句话说，并没有一条明确的边界线将真核生物与它们的原核生物祖先区分开来，真实的情况要混乱得多。

能源需求不断上升

研究还计算了细胞的呼吸需求是如何随着细胞的体积而升级的，这种需求可以通过产生为细胞生长和维持提供ATP能量的ATP合成酶的分子数量来衡量。团队还借鉴了先前研究的数据，描述了能量需求与细胞表面积的比例。

该研究着眼于细胞的表面积，发现ATP合成酶的数量比细胞膜增加得更快。这意味着，在细胞体积增大的某一点上，会出现一个体积限制，ATP合成酶无法再为细胞以某种速度分裂提供足够的ATP。而真核生物则通过线粒体等内膜结构提供的额外呼吸表面积来克服这一障碍。

有趣的是，这种细胞体积限制并不像先前的理论所预测的那样，出现在原核生物和真核生物的交界处。相反，它出现在更大的细胞体积，大约103立方微米，这一范围也涵盖了许多现存的真核生物。

这使得科学家相信线粒体并不是绝对必要的。它们可能会有所帮助，但对于向更大容量的过渡并不是必需的。

比较原核生物和真核生物内部的基因排列时，也会发生类似的情况。原核生物的基因组结构被认为是对称的，由一个圆环的双链DNA组成。许多细菌在每个细胞中藏有基因组的多个副本。时

但真核生物具有不同的基因组结构，并且它们是不对称的。真核生物基因组排列的一个关键优势是它们不必像原核生物那样在整个细胞中维持基因组的副本。对于大多数基因，真核生物可以在细胞核中维持一到两个拷贝。

相比之下，大型细菌的整个基因组有许多拷贝，每个基因组都包含细胞中存在的每个基因的一个拷贝。这种差异使得真核生物的体积能够显着增长，而无需面临原核生物所面临的能量限制。

但研究人员再次注意到原核生物和真核生物的基因数量有明显的重叠，这表明，原核生物也能将基因数量扩充到通常与较大的真核生物相关的领域，直到它们达到一个关键的阈值，当超过这个阈值，它们的基因组对称性就成了一个限制性因素。

重温莱卡

早期真核生物进化的新图景为线粒体优先范式提供了可靠的替代方案。

与其说进化偶然获得了线粒体原型，不如说是以伟大的姿态迎来了真核生物时代，不如说是在漫长的时间跨度中，一系列试探性的、渐进的、阶梯式的变化，最终产生了复杂的细胞，它们的内部结构十分复杂，能够实现爆发性的多样化。

之前的一些研究提出了更为激进的观点，甚至认为线粒体对早期真核生物几乎没有什么好处。但这项新研究采取了更为温和的立场，认为除了临界细胞体积之外，线粒体和现代真核细胞的其他特征对于满足大细胞的能量需求是必要的，但如果没有这些创新，一系列较小的原真核生物可能也表现得很好。

因此，在过渡到神秘的LECA事件之前，可能存在一系列最初不具有线粒体的生物体。

这项新研究还提出了有关真核转变事件时间的问题。也许这个重要的转变始于真核细胞骨架或其他高级结构的发展。

总体而言，需要更多的研究来自信地将导致真核生物完全成熟的事件顺序放入适当的年表中。

我们还不知道哪些进展会首先出现。也许可以想象一幅新的图景，其中一系列生物体始于内膜和内囊。由此，它们发育出处理膜蛋白的内质网，并由此发育出细胞核。也许线粒体后来通过内吞作用进入细胞。

在我们拥有今天的富裕世界之前，也许还有很多很多的步骤。

参考来源：

新研究出现-第一复杂细胞-挑战-正统

封面图片来源：JasonDrees，亚利桑那州立大学