真核细胞是如何从细菌进化而来的？主流观点假设它是由一系列微小的进步一步步而来的，通过这种微小的进步，细菌逐步变成了一个初等的真核细胞，然后获得了除了线粒体之外每一个现代真核生物所拥有的特征。但是这些微小的进步是什么样的？还有，它们是如何开始这条征程并最终找到了跨越真核生物与细菌之间这最深的断层之路的？

汤姆.卡瓦利耶-史密斯声称，迫使真核生物进化的关键步骤是细胞壁的丢失这一灾难。根据牛津英语词典，“灾难”的意思是“悲惨的命运”或者“一个颠覆了事物规律的事件”。对于任何失去了它们细胞壁的细菌来说，哪个定义都是对的。大部分失去细胞壁的细菌是脆弱的，不太可能在舒适的实验室环境以外存活太久。尽管如此，这并不意味着这种灾难是罕见事件。在野外，细胞壁可能经常由于突变或者被破坏而丢失。例如，一些抗生素（例如青霉素）就是靠阻碍细胞壁的形成而起作用的。细菌为了在冲突中自保，可能会生产这些抗生素。这并不是完全不可能的——大部分新抗生素确实都是从这种冲突中的细菌和和真菌中提取的。所以，第一步，细胞壁的丢失这一灾难，很可能并不是一个问题。那第二步，即存活下来并颠覆事物的规律呢？

就像我们在前述章节中提到的，摆脱掉笨重的细胞壁可能带来很大的优势，尤其是可以改变外形并且利用吞噬作用囫囵摄取食物。根据卡瓦利耶-史密斯所说，吞噬作用是将真核生物与细菌区分开来的典型特征。任何解决了结构支撑与运动问题的细菌，都肯定能颠覆事物的规律。但是，很长一段时间以来，在没有细胞壁的情况下生存，看上去就像从帽子中提出一只兔子那样的戏法一样，（让人难以相信）。细菌被认为是缺少内部细胞骨架的，如果是这样的话，真核细胞必须在仅仅一代中进化出它们复杂的细胞骨架，要不就面临灭绝。实际上，这一假说最终证明是缺少基础的。在2001年分别发表在《细胞》和《自然》杂志上的两篇文章中，牛津大学的劳拉.琼斯和她的同事、剑桥大学的福斯尼塔.范德恩特和她的同事们发现，一些细菌确实同时拥有细胞壁和细胞骨架——它们就像亨利.丰达在《西部往事》中提到的那样，系着腰带，又穿着吊带（永远不要相信一个连自己裤子都不信任的人）。可是，不像丰达笔下那不愿承担风险的牛仔，细菌确实需要两者来保持它们的形态。

很多细菌是球形的（球菌），还有一些是杆状的（杆菌），丝状的，或者螺旋形的。一些奇怪的家伙甚至是三角形或者方的。这些不同的形状拥有什么样的优势是一个有趣的问题。但是看上去圆形是缺省设置，任何其他的形状都需要内部支撑。非球形细菌拥有和在像酵母、人类和植物等真核细胞中发现的微管结构相似的蛋白纤维。在每个例子中，细胞骨架的纤维都是由类似于肌动蛋白的蛋白组成的，肌动蛋白由其在肌肉收缩中的作用而为人所熟知。在非球形细菌中，这些纤维形成了细胞膜下面的螺旋结构，这很显然是提供了结构支撑。很明显的是，如果将编码这些纤维的基因敲除掉，本该是杆状的细菌（杆菌）将变成球菌。人们在有35亿年那么老的岩石中发现过像是杆菌的细菌遗迹，所以，这些细胞骨架是在最早的细胞出现之后不久就进化出来的这一说法，就显得很可信。因此，问题反过来了。如果细胞骨架一直就存在，那么为什么很少有细菌在细胞壁缺失后存活下来？我们将在第三部分回到这个话题。现在，让我们先看看失去细胞壁的可能后果。

发现“古细菌”——缺失的一环？

仅有两类细胞可以在缺失细胞壁的条件下得以兴旺——真核细胞，以及古菌，一类不同寻常的原核生物（原核生物的细胞缺少细胞核，例如细菌）。古菌是由伊利诺斯州立大学的卡尔.伍斯和乔治.福克斯于1977年发现的，名字来源于希腊语“古老的”。实际上，大部分古菌确实拥有细胞壁，但是它们的细胞壁在化学组成上跟细菌截然不同，并且，一些类群（例如嗜好沸酸的热原体属）确实完全没有细胞壁。有趣的是，像青霉素这样的抗生素并不影响古菌细胞壁的合成，这支持了这样一种观点：细胞壁很可能是细菌化学武器的靶标。跟细菌一样，古菌也很小，其典型大小是几千分之一毫米，并且它们也没有细胞核。像细菌一样，它们有一条环状染色体。另外，古菌呈现出多种外形和样式，大概拥有某种细胞骨架结构，这一点也和细菌类似。它们被发现的如此之晚的一个原因是，古菌大部分是“极端微生物”，也就是说，它们能在最极端神秘的环境中存活，从热原体属所喜好的沸腾的酸浴，到腐臭的沼泽（居住着产沼气的产甲烷菌），甚至埋在地下的油田。最后这一种古菌引起了商业界的注意，或者称之为烦恼更确切，因为它们“酸腐”了油井——它们提高了原油中的硫含量，而这腐蚀了油井壁以及金属管道。连绿色和平组织都想不出比这更加狡猾的破坏方式了。

古菌的“发现”是相对的，因为它们中的一些在几十年前就被人们所知了（尤其是使原油酸化的古菌，以及产沼气的产甲烷菌），但是它们小的体型以及缺少细胞核使它们往往被误认为细菌。也就是说，它们好像并不是被发现了，而是被重新分类了；即使现在，一些研究者依然倾向于将它们和细菌分为一类，看作创意满满的原核生物中的独特一类。但是伍斯和其他人刻苦的遗传学研究，使大部分正直的观察者确信，在深远的层面，古菌确实是和细菌不同的，这种不同远远不是细胞壁的组成那么表面的事情。我们现在知道，大概30%的古菌基因是它们这个类群所独有的。这些独特的基因编码能量代谢的方式（例如甲烷的生成），以及细胞结构（例如膜脂），这些基因从未在任何其他细菌里发现过。这些差异是如此的重要，它们足够使科学家意识到古菌是生命的一个独立的“域”。这意味着，我们现在应该把所有的生命分到三个大的“域”里面——细菌域，古菌域，和真核域（真核域即我们刚刚提到的，包括所有多细胞的植物、动物，以及真菌的那一类）。细菌和古菌都是原核的（缺少细胞核），而真核生物是拥有细胞核的。

尽管喜欢极端环境并且拥有独特的个性，古菌也和细菌及真核生物分别共享一些“瓷砖化”的性状。我故意用”瓷砖化“这个词，是因为这些特点是是自成一体的模块，由一簇以单元方式共同起作用的基因编码（例如蛋白合成的基因，或者能量代谢的基因）。这些独立的模块像一片片瓷砖一样拼接在一起，构建出了这个生命体的整体模式。在古菌这里，一些瓷砖跟真核生物用的那些类似，可另一些和细菌的更像。这些瓷砖看上去就像从一个装满细胞特性的抽奖箱里随机选出来的。所以，虽然古菌是原核生物，但是当从显微镜里看过去时，却很容易被误认为细菌；而它们中的一些却以一种跟真核生物非常相似的方式，把自己的染色体与组蛋白缠绕在一起。

古菌和真核生物之间的相似远不止这些。组蛋白的存在意味着古菌的DNA并不容易接近，因此，像真核生物一样，古菌也需要复杂的转录因子去复制或者转录它们的DNA（读取遗传密码以建造蛋白质）。虽然模式更加简单，但是古菌的基因转录机理的细节和真核的很类似。这两个类群构建蛋白质的方式也有很多共同点。就像我们在简介中看到的，所有细胞都是用一种叫做核糖体的小型分子工厂来组装它们的蛋白质的。在生命的所有三个域里，核糖体都是非常相似的，暗示着它们拥有一个共同祖先，但是它们在很多细节方面有所差异。有趣的是，和古菌与真核生物核糖体之间的差异相比，细菌与古菌核糖体之间的差异要更多一些。例如，像白喉毒素这样的细胞毒素能阻碍古菌和真核细胞核糖体中的蛋白质组装，但却不能阻止细菌的。像氯霉素、链霉素和卡那霉素这些抗生素能阻碍细菌中的蛋白质合成，但是却不能阻止古菌和真核生物的。这些模式上的差异可以用它们合成蛋白质的启动步骤以及核糖体工厂自身结构的差异所解释。与细菌相比，真核生物和古菌的核糖体拥有更多的共同点。

所有这些意味着古菌很接近我们一直想要寻找的细菌和真核生物之间那缺失的一环。古菌和真核生物很可能拥有一个相对较近的共同祖先，因此更应该被看做“姐妹群”。这好像支持了卡瓦利耶-史密斯的这一观点，即，古菌和真核生物的共祖失去了细胞壁这一事件，很可能正是稍后驱使真核生物进化的那灾难一步。最早的真核生物可能看上去有点像现存的古菌。有趣的是，尽管如此，到现在也没有任何一种古菌学会了真核生物那种改变外形吞噬食物用来谋生的技能。相反，古菌并没有像真核生物那样发展出可变的细胞骨架，而是发展出了非常坚固的膜系统，依然像细菌的那么僵硬。所以，要成为“真核”的话，就要比缺少细胞壁做的更多一些；但是，可能是仅仅改变生活方式就行的吗？远古的真核生物仅仅是缺少细胞壁，并将它们已有的细胞骨架修改成一种更加活跃支架，从而使它们可以改变外形以吞噬作用摄取成块的食物的古菌吗？这有可能是它们为什么获得它们的线粒体的唯一原因吗——它们仅仅是吞掉了线粒体？以及，如果是这样的话，是否可能存在一些活化石，它们从线粒体时代以前就隐匿在不为人知的角落里？也就是说，存在这样和古菌拥有更多特征的原真核生物的遗存吗？

源真核生物——没有线粒体的真核生物

根据卡瓦利耶远在1983年提出的理论，一些现存的简单单细胞真核生物确实像是最早的真核生命。有超过一千种原始真核生物确实没有线粒体。尽管它们中的大多数很可能仅仅是因为它们不需要线粒体，而在之后丢掉了它们（进化往往快速抛弃不必需的特征），卡瓦利耶提出，至少这些物种中的一小部分可能是“原本就没有线粒体的”——也就是说，它们从来没拥有过线粒体，而是在真核融合事件时代之前的遗存。为了生成能量，这些细胞中的大部分依赖于跟酵母一样的发酵作用。尽管它们中的一些可以耐受氧气，但大部分在氧气水平非常低甚至完全无氧的环境中才能生长的最好，它们现在都在低氧环境中生存着。为了表达它们的远古血统，以及它们和动物类似的清道夫式的生活方式，以及它们和古菌的相似性，卡瓦利耶-史密斯将这一假说中的种群命名为“源真核生物”。我仅能对这一容易引起的混淆表达抱歉。古菌是原核生物（没有细胞核），生命的三域之一，而源真核生物是从来没有拥有过线粒体的真核生物（有细胞核）。

译注：英文中古菌（archaea）跟源真核生物（archezoa）的非常近似，所以作者说很容易引起混淆。archaea翻译为古菌已经基本确定了，archezoa的翻译貌似还没有定论（并且由于其划分地位几乎被否定了，所以可能只能作为一个扔进历史垃圾桶的历史名词，而不会有正式翻译了。）如果为了使该段文字不至于引起读者困惑，archezoa翻译成“古真菌”可能比较贴切一点？

跟任何优秀的假说一样，卡瓦利耶-史密斯的假说也显然是可以被基因测序技术所检验并获得成果的——这是一种可以精确的获得基因的遗传密码的技术。通过比较不同真核生物的基因序列，是可能确定不同物种各自之间血缘关系的远近的——或者反过来，它可以确定源真核生物跟大部分“当代”真核生物的关系到底有多远。这一推理简单合理：基因序列包含上千个“字母”。对于任何基因来说，这些字母的序列随着时间的推移因为突变而缓慢变化，从而丢失或者获得某些字母，或者一个字母替换了另一个。因此，如果两个不同的物种拥有同一个基因的拷贝，那么这两个不同物种的这些字母的确切顺序看上去就有那么一点不同。这些突变缓慢积累了上百万年。虽然也需要考虑其他的因素，但是根据字母序列中突变的数目，是可以获知这两个版本从一个共祖那里分离后到底经过了多久的。这些数据可以用来构建表达进化关系的分杈的树丛——即生命之树。

如果源真核生物真的被确认是属于最古老的真核生物，那么卡瓦利耶-史密斯就可能已经发现了他的缺失的一环——一种原始真核细胞，从来没有拥有过线粒体，却实实在在的拥有细胞核和活动细胞骨架，使它能够改变外形通过吞噬作用摄食。在卡瓦利耶的假说提出后没几年，第一批答案出现了，它们似乎能满足他的预测。有四群原始形态的真核生物，它们不仅仅缺少线粒体，也缺少其他大部分细胞器，通过遗传分析确定属于最古老的真核生物。

伍斯团队在1987年测序的第一组基因，属于一个小型寄生者，它不比细菌大，并且生活在其他的细胞里——实际上，它仅能生活在其他细胞里。这是一种微孢子虫，拉丁学名V.necatrix。作为一个种群，微孢子目是以它们感染性的孢子命名的，它们全部都充满突出的卷曲微管，通过这些微管，孢子伸出插入到一个宿主细胞中，然后它们复制自身以开始一轮新的生命循环，并最终产生更多的感染性孢子。可能最为人们所熟知的有代表性的微孢子目是小孢子属，它们因为能引起蜜蜂和蚕的流行病而声名狼藉。当在宿主细胞中进食时，小孢子属的行为就像一个微型阿米巴原虫，四处游动，利用吞噬作用摄取食物。它拥有细胞核，细胞骨架，以及一些细菌模式的小的核糖体，但是没有线粒体或者其他任何细胞器。作为一个类群，微孢子目能感染真核生命树的许多分支中多种多样的细胞，包括脊椎动物、昆虫、蠕虫、甚至单细胞的纤毛虫（以它们小小的毛发状用来捕食和移动的“纤毛”所命名）。既然所有的微孢子虫都是寄生者，仅能在其他真核细胞中生存，那它们肯定不能代表最开始那个真核生物（因为他们要是最开始那个的话，它们去感染谁呢？）但是它们能感染的生命的多样性，暗示着它们的共同祖先能追溯到真核生命树的根部。这一推论看上去能被遗传分析所确认，但是我们将要看到，这里另有蹊跷。

在接下来的几年，其他三类初始真核生物的古老地位被遗传分析所确认——变形虫门，后滴门，以及副基体门。所有这三类都以寄生而闻名，但自由生活的生命形式也依然存在，也许它们比微孢子虫更加接近最早的真核生物。作为寄生者，这三类生物引起了众多的痛苦、疾病与死亡；这些令人生厌的威胁生命的细胞竟然可能是我们最早的祖先，这是多么的讽刺。变形虫门的最佳代表是痢疾变形虫，它们能引起变形虫性痢疾，症状包括腹泻、肠出血以及腹膜炎。这些寄生者在小肠壁上挖洞以进入血液循环系统，然后感染其他器官，包括肝脏、肺以及脑。时间长了，它们能在这些器官形成巨大的囊肿，尤其是肝脏，每年在全世界范围内造成高达十万例死亡。另外两类没那么致死性，但却同样臭名昭著。最有名的后滴门生物是兰博氏贾第虫，这是另一种肠道寄生虫。贾第虫并不侵入小肠壁，也不进入血液系统，但感染了它依然使人完全高兴不起来，任何不小心喝了被感染的溪流里的水的游客都知道这种代价：腹泻以及带着臭鸡蛋气味的肠胀气往往会持续数周甚至数月。关于第三类，副基体门中最有名的是阴道毛滴虫，在能引起性传染病的微生物中，尽管它危害最轻，却是最流行的一种（尽管它产生的炎症可能增加患如艾滋等其他疾病的风险）。阴道毛滴虫主要靠阴道性交传播，但也能感染男人的尿道。在女人身上，它能引起阴道炎，并使之流出令人反感的黄绿色液体。总而言之，这些邪恶祖先的档案正好证明，我们能选择朋友，却不能选择亲戚。

真核的演进

尽管引起了这么多的不快，源真核生物却符合那些在获得线粒体之前的初始时代的幸存者——原始真核生物的特征。遗传分析确认，尽管它们整洁的形态与早期简单的依靠吞噬作用摄取食物的清道夫生活形式相符，但它们确实在进化的很早阶段——大概是20亿年前——就跟大部分当代真核生物分化了。大概是这样吧：在20亿年前的一个晴朗的早上，这些简单细胞的一个表亲吞噬了一个细菌，却不知道为什么没能消化掉它。这个细菌在这个真核体系中生活并分裂繁殖。无论最开始这一事件带来了什么优势，它都形成了这种最终取得成功的亲密联系，这一嵌合细胞最终衍生出了当代的拥有线粒体的真核世界——所有的植物、动物以及真菌。

根据这一复盘，这一融合事件带来的最开始的优势可能和氧气有关。这一融合事件发生的时间正是空气和海洋中氧气浓度开始升高的时候，可能这并不是一个巧合。一波大气中氧气水平的大幅提升确实发生在大约20亿年前，这可能源自一次全球冰川期——“冰雪地球”。这一时间线和真核融合事件高度吻合。现代线粒体需要利用氧气在细胞呼吸作用中消耗糖类和脂类，所以，线粒体是在当氧气水平正在升高的某个时间点形成的这种说法就完全没有问题。作为一种能量生成方式，有氧呼吸比其它形式的呼吸作用效率要高得多，其它呼吸作用是在无氧条件下来生成能量的（即无氧呼吸）。那么也就是说，高级能量生成方式不太可能是最开始的优势。一个生活在另一个细胞中的细菌完全没有理由会将其能量传给它的宿主。现代细菌完全将能量用于它们自身，绝不会将能量无私的传给临近的细胞。因此，尽管对于线粒体的祖先来说，这里有一个明显的优势，即它们能更容易获得宿主的营养；但对于宿主细胞来说却没有显而易见的好处。

也许最开始的关系就是寄生——这是由林恩.马古里斯首次提出的一种可能性。一个1998年发表在《自然》杂志上的由瑞典乌普萨拉大学西夫.安德森的实验室做出重要研究表明，能引起斑疹伤寒的一种寄生细菌普氏立克次体（Rickettsia prowazekii）的基因，跟人类线粒体的基因关系很近，提出了最初的被吞噬的细菌可能是一种跟立克次体差不多的寄生者的可能性。即使最初入侵的细菌是一种寄生者，只要它的不受欢迎的客人没有使宿主细胞虚弱致死，这种不平衡的“合作”关系也可以存续下去。随着时间的流逝，现在大部分的感染都变得毒性越来越小，因为寄生者也可以从保证它们的宿主存活中获益——它们不必在每当宿主死亡的时候去寻找一个新家。像梅毒这样的疾病在过去几个世纪里已经变得越来越低毒了，另外，也有线索显示同样的衰减已经在艾滋病毒身上发生着。有趣的是，这种随着世代的衰减也同样发生在像变形虫这样的阿米巴原虫上。在这里，感染的细菌开始的时候经常杀死宿主阿米巴原虫，但是最后会变成它们存活的必需品。被感染的阿米巴原虫的细胞核变的跟原阿米巴原虫互不相容，最终杀死它们，有效的推动了新种的形成。

在真核细胞这个事件里，宿主擅长“吃”，通过它的掠夺性生活方式，可以为它的客人持续不断的提供食物。我们总被告知，天下没有免费的午餐，但是寄生者可以直接消耗掉宿主的代谢废弃物而不使宿主太过衰弱，这和免费的午餐也差不多。随着时间的推移，宿主学会通过给它们添加管道口或者“水龙头”，从它的客人那里获得产能的能力。关系逆转了。客人本来是宿主的寄生者，但现在它变成了奴隶，它的能量被汲取以供应给宿主。

这一剧本仅仅是几种可能性之一，也许时间是其中的关键。即使能量并不是这种关系的基础，氧气水平的提升也仍然能解释最开始的优势。对厌氧生命（讨厌氧气的）来说，氧气是有毒的——跟腐蚀铁钉的原理一样，它也“腐蚀”未经保护的细胞。如果客人是一种好氧菌，利用氧气来产生自己的能量，而宿主是一种厌氧细胞（利用发酵作用生成能量），那么好氧菌可能会保护它的宿主免受氧气的毒害——它可以像一种固定在内部的“催化转化器”一样，从周围收集氧气然后将它转化成无害的水。西夫.安德森将之称为“氧气-毒性”假说。

让我们对这一理论做个简要概述。一个细菌失去了它的细胞壁，但是因为拥有内部的细胞骨架而存活下来，这个细胞骨架是它之前用来保持外形的。它现在跟一个当代古菌有点像。通过对细胞骨架的一点修饰，失去细胞壁的古菌学会了利用吞噬作用进食。随着它越长越大，它将它的基因们用一层膜包裹起来，从而发展出细胞核。现在它变成了一个源真核生物，也许是个类似贾第虫的细胞。一个这样的饥饿的源真核生物碰巧吞噬了一个小一点的好氧细菌，但是却没能消耗掉它，也就是说这个细菌是一个类似于现代的立克次体的寄生者，已经学会了逃避宿主的防御工事。这两者形成了一种良性的寄生关系，但是随着大气中氧气水平的提高，这种关系开始给宿主和寄生者都提供好处：寄生者依然能得到它的免费午餐，但是宿主现在得到了更好的待遇——它从它的催化转化器那里得到了对抗有毒的氧气的防护措施。然后，最终，通过一个惊人的忘恩负义行为，宿主在它的客人的膜上面安装了一个“水龙头”，将它的能量汲取出来。当代意义的真核细胞诞生了，然后从未回头。

这一长串的推断是一个好的范例，即科学如何能将一堆碎片拼接成一个可能的故事然后用几乎在每一个关键节点的证据来支持它。对于我来说，这整个过程给我一种必然性的感觉：它可以发生在这里，也可以发生在宇宙中的其他任何地方——任何一步都不是特别不可能的。这里仅仅有一个瓶颈，就如同克里斯汀.德.迪夫所假设的，当周围没有太多的氧气时，真核生物的进化是不太可能的，但是一旦氧气水平提升了，这就几乎是必然的。尽管每个人都同意这个故事有非常多的假设成分，但它利用了所有已知的事实，因此被广泛认为是可信的。接下来，对于1990年代晚期的逆转，学界还没有做好任何准备，事实上整个大厦仅仅在5年内就土崩瓦解。现在，几乎每一个细节都被反驳了。但是，也许这早就有所暗示：如果真核生物仅仅进化了一次，那么一个堆叠了许多证据的故事几乎一定是一个错误的故事。

大逆转

第一块崩塌的基石是源真核生物的“初级的无线粒体真核生物”地位。如果你还记得，这一概念意味着源真核生物从来没有拥有过线粒体。但是当更多不同的源真核生物中的基因被测序时，那些原来被认为是真核细胞的祖先的物种——例如痢疾阿米巴原虫（引起阿米巴痢疾的元凶）——开始让人觉得它们好像根本不是它们类群最早的代表。该族群的其他类型的细胞看上去更加古老——但是却拥有线粒体。不幸的是，基因年代测定法是近似的，有可能出错，所以结果是有争议的。但是如果估计的日期是对的，那么这一结果仅能意味着痢疾阿米巴原虫确实有曾经拥有线粒体的祖先，因此与其说它从未拥有过线粒体，倒不如说它一定失去了它自己的线粒体。如果源真核生物被定义为一群从未拥有过线粒体的原始真核生物，那么痢疾阿米巴原虫就不可能是是一个源真核生物。

1995年，美国国立卫生研究院的格雷厄姆.克拉克和加拿大达尔豪斯大学的安德鲁.罗杰回过头去更加仔细的调查痢疾阿米巴原虫以看看是否有任何它曾经拥有线粒体的痕迹。确实有。隐藏在核基因组里面的两个基因，从它们的DNA序列来看，几乎可以确定是来自于原始的线粒体融合事件。它们据推测是从早期线粒体转到核基因组的，然后这个细胞在之后丢掉了它曾经拥有线粒体的所有实体痕迹。我们应该注意到，从线粒体向宿主传递基因是很平常的事情，具体原因我们会在第三部分涉及。当代线粒体仅仅保留有一部分基因，其他的不是已经丢失了，就是已经转移到细胞核中。由这些核基因编码的蛋白质经常会运回线粒体中。有趣的是，痢疾阿米巴原虫确实拥有一些椭圆形的细胞器，看上去就像是线粒体的遗骸，它们在大小和形状方面跟线粒体都很像，而且从它们中分离出的一些蛋白也从其他生物的线粒体中发现过。

毫不吃惊的，烫手的问题传给了另外那些被推测为原始的无线粒体类群中。它们也曾经拥有线粒体吗？类似的研究依次进行了，到目前为止，结果是已经被测试过的“源真核生物”都曾经拥有线粒体，而在后来失去了它们。例如，贾第虫不仅明显的曾经拥有线粒体，而且它同样依然留有它的残骸，这是一种叫做微粒体的小型细胞器，它依然行使着线粒体的某些功能（不过并不是最知名的有氧呼吸）。这也许是关于微孢子虫目最惊人的结局了。这个本来被推测为不曾拥有线粒体的古老类群，现在却变成了根本就不是一个古老的类群——它们和高等真菌这种相对晚出现的种群的的关系最近。微孢子虫属表面上的古老仅仅是它们在其他细胞内寄生这种生活方式造成的假象。而事实是，它们感染了如此众多不同的物种，不过是因为它们繁衍的成功。

然而依然有可能存在着真正的源真核生物，等待着被我们发现，现在一致的观点认为这整个类群是一个海市蜃楼——被检测过的每一个真核生物都拥有或者曾经拥有线粒体。如果我们相信这一证据，那么就从未存在过初级的源真核生物。如果这是真的，那么线粒体融合事件就发生在真核进化时间线的最开始阶段，也许真核的诞生就是由它诱发的：线粒体融合事件是使真核生物诞生的唯一起源事件。

如果真核生物的原型不是一个源真核生物——也就是说，并不是一个利用吞噬作用摄取食物为生的简单细胞——那么它到底什么样呢？答案也许就躺在现存真核细胞的DNA序列的细节之中。我们已经看到，可以通过比较基因序列的方法来识别原线粒体基因；也许我们能用同样的方法来对待从原始宿主中继承的那些基因。这个思路很简单。因为我们知道线粒体是和一类特殊的细菌——即α-变形菌近亲的，我们可以排除任何看上去是来自它的基因，然后去看看剩下的那些来自哪里。对于剩下的那些基因，我们可以假设有些是真核所特有的——它们是在融合事件之后的20亿年里进化出来的——然而有些可能来自其他地方。即使如此，至少有一小部分应该归属于最初的宿主。这些基因应该是从这一原始融合体的后代中一代一代传承下来的，从那时起一点点的积累突变；但是它们应该仍然和最初的宿主细胞拥有一些相似之处。

加利福尼亚大学洛杉矶分校的玛利亚.里维拉和她的同事就在1998年发表在《自然》杂志的一篇文章及2004年在同一杂志发表的更加详细的论述中运用了这一策略。这个团队将生命的三个域的每个代表物种的全基因组序列进行了比较，发现真核生物拥有两类完全不同的基因，他们称之为信息基因和操纵基因。信息基因编码细胞的所有基本遗传装置，使它能够复制和转录DNA，增殖，构建蛋白质。操纵基因编码细胞代谢过程中的日常蛋白质，也就是说，负责能量生成和制造像脂质和氨基酸这样的基本砖块的蛋白质。有趣的是，几乎所有的操纵基因都是来自于α-变形菌，可能是通过线粒体转移的，唯一真正让人感到惊讶的是，这些基因要比预期的多得多——看上去线粒体祖先的基因贡献要比预期的大得多。但是最大的惊喜是信息基因的保真性。跟预计的一样，这些基因来自古菌，但是它们跟一个意想不到的古菌群体极其相似：它们和产甲烷菌最相似，这群古菌喜欢沼泽，回避氧气，产生沼气甲烷。

这并不是将嫌疑指向产甲烷菌的唯一一片证据。位于哥伦布市的俄亥俄州立大学的约翰.里夫和他的同事发现，真核细胞组蛋白的结构（与DNA缠绕的蛋白质），跟产甲烷菌的组蛋白非常相似。这种相似性肯定不是巧合。不仅仅是组蛋白本身的结构高度相似，整个DNA-蛋白组合的三维构象也惊人的相似。在像产甲烷菌和真核生物这种本来认为不相关的生命体内发现完全一致的结构的几率，和在两个竞争公司独立生产的两种飞机中发现同样的喷气引擎是一样的。当然，我们是有可能发现同样的引擎的，但是如果被告知它是在完全不知道对手公司版本或者原型的基础上被“发明”了两次，我们需要保持怀疑：我们应该推测这个引擎可能是从另一家公司买来或者偷来的。同样的，产甲烷菌和真核生物中DNA和组蛋白的组装方式如此相似，以至于最可能的解释是它们从同一个祖先那里获得了整个组装结果——它们都发展自同一个原型。

所有这些联系在了一起。从同一杆烟枪里盘绕出两缕细烟。如果这些细烟是可信的，那么看上去我们从产甲烷菌中同时继承了信息基因和组蛋白。突然之间，我们最可能的祖先不再是之前推断的邪恶的寄生者，而变成一种更加奇怪的东西，它们现在在污浊的沼泽和动物的肠道中生存。真核融合事件的最初宿主是一个产甲烷菌。

我们现在站在这样一个位置来思考，第一个真核细胞到底是一种什么样的有希望的怪物——一个产甲烷菌（利用产生甲烷获得它的能量）和一个像立克次体那样的α-变形菌融合在一起的产物。这是一个惊人的矛盾。很少有生命体会像产甲烷菌这么讨厌氧气——它们仅能生活在世界上那些污浊的没有氧气的角落。与之相对的，很少有生命像立克次体那么依赖氧气——它们是生活在其他细胞中的微小寄生者，为了适应特殊的生态位，它们已经抛弃了冗余的基因，仅仅留下那些增殖以及有氧呼吸所需的基因。其他的都没了。所以矛盾就是：如果认为真核细胞是从一个厌氧的产甲烷菌和一个好氧细菌的结合中诞生的，那么产甲烷菌怎么能从内部的α-变形菌中得到好处呢？另外，α-变形菌又能从里面得到什么好处呢？实际上，前提条件是宿主拥有吞噬作用——而产甲烷菌却肯定不能改变外形去吞食其他细胞——所以线粒体到底是如何进去的呢？

可能西夫.安德森的“氧气-毒性”假说依然适用——也就是说，大口吞食氧气的细菌从有毒的氧气中保护了它的宿主，使产甲烷菌可以拓展新的生活环境中。但是这个剧本有很大的问题。这样的关系对于一个以发酵有机废物的初级源真核生物来说是成立的。如果它能转移到任何可以发现有机废物的环境中，那就能繁荣开来。这种清道夫细胞就像是在非洲游荡的豺狼，搜寻广阔的空间以发现新鲜的尸体，只不过它们是单细胞版的。但是这种游荡生活会害死产甲烷菌。产甲烷菌和低氧环境的关系，就跟河马与水坑的关系一样紧密。产甲烷菌能忍受氧气的存在，但是它们不能在氧气存在的条件下生成能量，因为它们以氢气作为燃料，然而在氧气存在的条件下，氢气是很稀少的。所以，如果产甲烷菌确实离开了它的水坑，那么它一定会挨饿直到重新回去：腐烂的有机废物对产甲烷菌来说什么也不是——它宁可从没离开过。因此，在产甲烷菌和需氧的寄生者的利益之间存在着一个深深的鸿沟，前者从进入一个新的生活环境中得不到任何好处，而后者在产甲烷菌喜欢的无氧环境中完全无法生成能量。

这个矛盾实际上更加严重，因为，就如同我们之前看到的，它们的关系不可能依赖于以可交换的ATP形式存在的能量——细菌没有ATP出口，也从来不会慷慨的相互“喂食”。这段关系可能依然是一个寄生关系，其中细菌在产甲烷菌的内部消耗它的有机产物——但是，同样需要面对一些问题，即需氧的细菌在产甲烷菌的内部完全无法生产能量，除非它能说服产甲烷菌离开它的水坑，即舒服的无氧环境。有人可能会想象出这样的图景，α-变形菌驱使产甲烷菌，像放牧一样将其赶到富氧的屠宰场，但是对于这些细菌来着，这毫无道理。简而言之，产甲烷菌如果离开它们的水坑，就会饿死；需氧的细菌如果生活在这个水坑，也会饿死，而折中的环境，即有一点氧气的环境，肯对对两者来说都很不利。这种关系看上去对两方都是难以忍受的——真核生物稳定的共生关系真的是这样开始的吗？这不仅仅是不可能，简直就是荒谬的。幸运的是，还有一种可能性，直到最近看上去都是一种幻想，但是现在，它却越来越具有说服力。

吐槽：

1、在跟台版校对的时候，赫然发现台译版把Cell and Nature翻译成了《细胞与自然》杂志。。。怎么说呢，突然愣住了，台版的翻译也是学者，按理不应该不知道Cell杂志跟Cell杂志是两个吧。。。估计是编辑的锅？

2、翻译拉丁学名的时候，真的是。。。无所适从。大部分都没有正式译名，或者有多个译名。感觉拉丁学名最好都至少把学名放括号里。当代的物种分类经常大变，不是简单的界门纲目科属种的归属问题，而是。。。怎么说呢，知道下门是什么吗？（不是厦门），知道亚纲是什么吗？知道超纲是什么吗？无所适从。

3、所以说，支序分类学抓紧发展，测序数据抓紧积累，争取把分类学搞得天翻地覆。

4、分类学的终极目的，不就是消灭分类学么。

5、Nike大叔也真是，一章比一章字数多了。悠着点好不好？