真核细胞的遗传信息具有混合起源——部分来自祖先厌氧古细菌,部分来自它后来吸收为内共生体的细菌。

图《Molecular Biology of the Cell》7E Figure 1-29
所有现存的细胞都被认为起源于一种原始的原核细胞,即最后共同祖先(last universal common ancestor),其出现时间大约在 35 至 38 亿年前。
许多亿年之后,似乎有一种厌氧古细菌(anaerobic archaeon)获得了一种需氧细菌共生体(aerobic bacterial symbiont),后者逐渐演化为线粒体(mitochondrion)。
再往后,一个已经含有线粒体的真核细胞又获得了一种光合细菌(photosynthetic bacterium),这种细菌最终演化为叶绿体(chloroplast)。
线粒体在植物、动物和真菌中基本相同,这表明它们早在这三大类群在约 15 亿年前分化之前,就已被真核细胞所获得。
大多数遗传信息(DNA)储存在细胞核中,但仍有少量保留在由被吞入的细菌演化而来的细胞器中——即线粒体,以及在植物和藻类细胞中的叶绿体。当科学家将线粒体 DNA 和叶绿体 DNA 与核 DNA 分离并分别测序后发现,这两类细胞器的基因组都是其相应细菌基因组的简化版本。
例如,在人类细胞中,线粒体基因组仅包含 16,569 对核苷酸,编码 13 种蛋白质和 24 种参与蛋白质合成的 RNA 分子。
许多在线粒体和叶绿体中“缺失”的基因其实并未真正丢失,而是转移到了宿主细胞核的 DNA 中。因此,动物的核 DNA 中包含了大量编码在线粒体内执行关键功能的蛋白质的基因;在植物和藻类中,核 DNA 同样包含许多在叶绿体中所需蛋白质的基因。在这两种情况下,这些核基因的 DNA 序列至今仍保留着明显的细菌来源痕迹。
【预备知识】
- 生命之树 #19
- 线粒体起源于被古代古细菌捕获的共生细菌 #28
- 叶绿体起源于被古代真核细胞吞入的共生光合细菌 #29