细胞的起源：主要理论（原核和真核） - 生物学 - 2025

该细胞的起源可以追溯到35亿年前。这些功能单元的产生方式已经引起了科学家几个世纪的好奇。

生命的起源本身伴随着细胞的起源。在原始环境中，环境条件与我们今天所观察到的完全不同。氧气浓度实际上为零，并且气氛由另一种气体组成。

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实验室中的不同经验表明，在地球的初始环境条件下，有机系统具有各种特征的各种生物分子的聚合是可能的，即：氨基酸，糖等。

具有催化能力并能够自我复制的分子（可能是RNA）可以包裹在磷脂膜中，形成第一个原始的原核细胞，该细胞按照达尔文原理进化。

同样，通常使用内共生理论解释真核细胞的起源。这个想法支持一种大细菌吞没了一个较小的细菌，随着时间的流逝，它起源于我们今天所知道的细胞器（叶绿体和线粒体）。

细胞理论

细胞是来自拉丁词根cellula的术语，表示空心。这些是生物的功能和结构单元。这个术语最早是由研究人员Robert Hooke在17世纪使用的，当时他在显微镜下检查一块软木塞并观察到一种细胞。

有了这个发现，更多的科学家-特别是Theodor Schwann和Matthias Schleiden的贡献-对生物的微观结构产生了兴趣。这样，生物学最重要的支柱之一诞生了：细胞理论。

该理论认为：（a）所有有机物都是由细胞组成的；（b）细胞是生命的单位；（c）维持生命的化学反应发生在细胞范围内，并且（d）所有生命都来自于既存生命。

最后一个假设以Rudolf Virchow的著名短语进行了概括：“全细胞细胞”-所有细胞均来自其他已经存在的细胞。但是第一个细胞是从哪里来的？接下来，我们将描述试图解释第一个细胞结构起源的主要理论。

原核细胞的进化

生命起源是与细胞起源紧密联系的现象。在地球上，有两种细胞生命形式：原核生物和真核生物。

两种谱系在复杂性和结构上都基本不同，真核生物是更大，更复杂的生物。这并不是说原核生物很简单-单个原核生物是各种分子复合物的有组织的，复杂的团聚。

生命的两个分支的进化是生物学界最令人兴奋的问题之一。

按时间顺序，估计寿命为3.5到38亿岁。这是在地球形成后大约7.5亿年出现的。

早期生命形式的演变：米勒的实验

在1920年代初期，有机大分子可以在原始大气的环境条件下自发聚合-低氧浓度和高浓度CO ₂和N ₂，以及一系列H ₂，H ₂ S和CO 等气体。

假设假设的原始大气提供了还原环境，该还原环境与能源（例如阳光或放电）一起创造了有利于有机分子聚合的条件。

1950年，研究人员斯坦利·米勒（Stanley Miller）在其研究期间通过实验证实了这一理论。

对具有自我复制和催化特性的分子的需求：RNA的世界

在规定了我们在所有生物中发现的分子形成的必要条件之后，有必要提出一种具有存储信息和自我复制能力的原始分子-当前的细胞以四种语言存储遗传信息DNA分子中的核苷酸。

迄今为止，该分子的最佳候选者是RNA。直到1980年，研究人员Sid Altman和Tom Cech才发现这种核酸的催化能力，包括核苷酸的聚合反应-这是生命和细胞进化的关键步骤。

由于这些原因，人们认为生命开始使用RNA作为遗传物质，而不是像现在大多数形式那样使用DNA。

限制生命的障碍：磷脂

一旦获得了大分子和能够存储信息并能够自我复制的分子，就需要生物膜的存在来确定生活环境和细胞外环境之间的界限。从进化上讲，这一步骤标志着第一个细胞的起源。

据信第一细胞是由被磷脂构成的膜包围的RNA分子产生的。后者是两亲性分子，这意味着一部分是亲水的（溶于水），而另一部分是疏水的（不溶于水）。

当磷脂溶解在水中时，它们具有自发聚集并形成脂质双层的能力。极性头朝着水性环境分组，并且内部的疏水性尾巴彼此接触。

这种屏障在热力学上是稳定的，并形成一个使细胞与细胞外环境分离的隔室。

随着时间的流逝，脂质膜中包裹的RNA遵循达尔文机制继续其进化路径-直到出现复杂的过程，例如蛋白质合成。

新陈代谢的演变

一旦这些原始细胞形成，我们今天所知道的代谢途径便开始发展。第一批细胞起源最合理的情况是海洋，因此第一种细胞能够直接从环境中获取食物和能量。

当食物变得稀缺时，某些细胞变体必须以获取食物和产生能量的替代方法出现，以使其继续复制。

细胞代谢的产生和控制对其连续性至关重要。实际上，主要的代谢途径在当前的生物中被广泛保存。例如，细菌和哺乳动物都进行糖酵解。

已经提出能量产生在三个阶段发展，从糖酵解开始，随后是光合作用，并以氧化代谢结束。

由于原始环境缺乏氧气，因此早期代谢反应没有氧气是有道理的。

真核细胞的进化

直到大约15亿年前，细胞才是唯一的原核生物。在这一阶段，出现了具有真正细胞核和细胞器的第一批细胞。文献中解释细胞器进化的最突出的理论是共生共生理论（endo表示内部）。

生物在其环境中并不是孤立的。生物群落呈现出拮抗和协同的多种相互作用。共生是用于不同相互作用的统称-以前仅用于两个物种之间的相互关系。

生物之间的相互作用具有重要的进化结果，其中最引人注目的例子是共生共生理论，该理论最初是由美国研究员Lynn Margulis于1980年代提出的。

内共生理论的假设

根据该理论，一些真核细胞器（例如叶绿体和线粒体）最初是自由生活的原核生物。在进化的某个时刻，原核生物被更大的原核生物吞噬，但未被消化。相反，他幸存下来并被困在更大的生物体内。

除了生存之外，两个生物之间的繁殖时间同步，成功地传到了后代。

就叶绿体而言，被吞噬的生物体表现出了进行光合作用的所有酶促机制，从而为较大的生物体提供了这些化学反应的产物：单糖。对于线粒体，假定吞噬的原核生物可能是祖先的α-蛋白细菌。

但是，较大宿主生物的潜在身份在文献中是一个悬而未决的问题。

被吞噬的原核生物失去了细胞壁，并且在整个进化过程中经历了起源于现代细胞器的相关修饰。本质上，这是内共生理论。

内共生理论的证据

当前，有许多事实支持内共生理论，即：（a）当前线粒体和叶绿体的大小与原核生物相似；（b）这些细胞器具有自己的遗传物质并合成蛋白质的一部分，尽管它们并非完全独立于细胞核，并且（c）两个生物实体之间存在多种生化相似性。

真核生物的优势

真核细胞的进化与原核生物相比具有一系列优势。尺寸，复杂性和区室的增加允许新型生化功能的快速发展。

真核细胞到达后，出现了多细胞性。如果一个细胞“想要”享受更大尺寸的好处，它就不能简单地生长，因为细胞表面相对于其体积而言必须很大。

因此，具有一个以上细胞的生物能够增加其大小，并在组成它们的多个细胞之间分配任务。

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