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教科书告诉我们,包括人类在内的很多生物都属于真核生物。这类生物的细胞相对复杂,包含线粒体、内质网等形态结构明显的细胞器,遗传物质被生物膜包裹在一个叫做细胞核的结构中。相比之下,地球上的另外两类生物,真细菌和古细菌,结构就简单多了。在显微镜下看不到明显的细胞器和内部结构。
这么复杂的真核生物是怎样起源的呢?这是现代进化生物学的几大难题之一。有明确结论的是,线粒体和叶绿体分别由进入细胞后与宿主细胞共生的细菌演化而来的。但内质网、细胞核是怎样起源的?细胞的主体(或宿主细胞)是什么样生物?古代的细菌是如何进入细胞的?真核生物起源还有一系列问题有待解决。
多年来,虽然相关学者做了一些合理的猜测,发表了很多假说。但由于缺乏证据,真核生物起源的问题一直没有明显进展。
解决这些问题的关键在哪里呢?我们先回顾一下两栖动物起源的问题。发现了能够用肺呼吸、在泥沼中爬行的肺鱼时,人们欢呼雀跃。这些鱼结构上介于鱼类和两栖类之间,看似是鱼和两栖类之间的过渡类型。可能的进化过程是:鱼类先进化成肺鱼,而后由肺鱼进化成两栖类(注:后来这种学说有些争议,原因在于人们发现了比肺鱼更像过渡类型的物种,感兴趣网友自己google)。
中间过渡类型的发现是揭示很多重要进化事件的关键。但是,之前,细菌就是细菌,古细菌就是古细菌,真核生物就是真核生物,三个类群的差异太大。今天Science上发表的一篇展望文章,全面地索罗了真核细胞与细菌中的PVC超门(Planctomycetes, Verrucomicrobia and Chlamydiae superphylum)的相似之处。真核细胞和细菌的中间过渡类型跃然纸上。深入研究PVC超门各物种的生化遗传特征,与真核细胞做对比,将有望揭示真核生物起源的奥秘。
我们的973、国家重大研究规划目标是定位在各学科的重大理论问题。什么是重大理论问题?真核生物起源就是生命科学的最重大理论问题之一。PVC超门细菌与真核生物的比较研究就是解决重大理论问题。呼吁国内微生物进化方面的研究人员,尤其是申请经费方面得心应手的高手们,请关注PVC超门细菌与真核生物的比较研究。这个领域在酝酿重大发现,将要到来的这些发现,虽然可能得不了诺贝尔奖,但它们对人类认识自然的贡献将远大于很多诺贝尔奖奖励的工作。
多说两句,我们应该重点资助什么研究,似乎是各大经费管理部门都喜欢资助国际上的热门领域。但问题是已经热起来了,意味着最重大的发现已然发现过了,后面就是修修补补了。更应该重视的是刚露出苗头,但尚未热起来的研究领域。在这些领域集中火力才有可能取得一些大的突破。
参考文献
Devos DP and Reynaud EG (2010)Intermediate Steps. Science 330: 1187-1188.
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