线粒体是怎么产生的?

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线粒体是怎么产生的?小虎纸,万物并育而不相害,道并行而不相悖
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关于线粒体的起源,其中最有代表性的是内共生学说(endosymbiotic theory)

1.吞下去,吐出来

单细胞生物要生存,要摄取物质和能量。将如同“大鱼吃小鱼,小鱼吃虾米”,大细胞也要吞小细胞。这个过程称为“胞吞”。胞吞过程与细胞膜的流动性密切相关,被吞的东西会被包裹上一层细胞膜进入细胞内部,细胞进行一系列的操作将其分解利用,吐出细胞外,吐出去的过程叫做胞吐[1]

线粒体是怎么产生的?
图 1:胞吞与胞吐,图片来源[1]

如果被吞的是一个小细胞呢?

如果这个小细胞被吞了但是没有被消化,而是共生在了大细胞中,这个就叫内共生。

2.吞下去,注意安全。

简单来说,大约 10 几亿年前,一种大型的、具吞噬能力的古核生物(始祖古核生物细胞)吞进了一种需氧的、较小的、始祖原核生物(需氧真细菌,如变形细菌 proteobactenum)[2]

吞没问题,但要注意安全,被吞进去的生物反杀了可就不好了。始祖古核生物可能有一系列应激变化来保护自己。比如,细胞膜大量内陷形成了原始的内质网膜系统,从而限制被吞细菌的活动。原始的内质网膜系统进一步特化,将细胞的遗传物质包裹形成了细胞核。 始祖古核生物成了始祖真核生物。

线粒体是怎么产生的?
图 2:细胞核的形成,图片来源[2]

3.吞了,舒服了,不吐了

有些被吞进的需氧细菌不仅未被消化分解,而且逐步在大的、始祖古核生物细胞内生存下来。

线粒体是怎么产生的?
图 3:线粒体的形成,图片来源[2]

可能是需要细菌觉得有家挺好,赖在始祖细胞中不走了,做生物也挺简单的,怎么舒服怎么嘛,费那个劲干嘛。而始祖细胞相也能接受,这当于养了一个宠物,虽然要包吃包住,但是可以从需氧菌哪里中获得糖酵解的能量和产物,这也不亏。于是,两种生物形成了相互依存的共生体,这对双方都有益。就这样,在长期演化过程中,被吞进的生物由寄生过渡到共生,最终形成了线粒体。

4.吞下去,留证据

支持以上学说的证据主要是因为对比线粒体和真细菌,发现他们由很多地方类似。

  • 大小类似。
  • 以二分裂方式增殖。
  • 具有相似的共价、闭合、环状 DNA。
  • 核糖体大小和结构相似,沉淀系数相同。
  • 蛋白质合成可被抗生素抑制。

另外,内共生学说也能解释为什么线粒体是双层膜的,不过和大多人认为的可能不太一样,双层膜可能都来自细菌[3]

线粒体是怎么产生的?
图 4:线粒体的起源,图片来源[3]

5.吞别人的,又被别人吞了

还好问题是线粒体,因为解释叶绿体要麻烦些。

叶绿体的起源也基本类似,只不过被吞的是始祖光合原核生物(如蓝细菌 cyanobacteriurn),由此产生了绿藻和红藻。早期的绿藻和红藻又一次被吞,并演变为叶绿体。

硅藻、褐藻、眼虫、沟鞭藻等一大批光合自养的原生生物都是起源于这种第二次内共生[4]

线粒体是怎么产生的?
图 5:叶绿体的形成,图片来源[4]

这被称为“二次内共生”。下图是中文翻译版。

线粒体是怎么产生的?
图 6:二次共生,图片来源[2]

6.哈哈哈哈,吞就完事儿了

综上,如果只用一个字来回答线粒体怎么来的,那就是 ----“”。

哈哈哈哈,这是个不错的问题!

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