真核生物的起源一直是讓人入迷的故事，同樣作為生物學(xué)專業(yè)的我簡直異常的感興趣，有的人曾認(rèn)為，真核生物是細(xì)菌逐漸演化而來的，現(xiàn)在我們簡直有太多的理由反對了。首先從達(dá)爾文主義的角度看，雖然細(xì)菌可能演化呈真核細(xì)胞的中間體被淘汰了，但是它們曾經(jīng)占了生態(tài)位的一席之地，所以不可能產(chǎn)生從細(xì)菌到真核細(xì)胞之間的黑洞空白，所以應(yīng)該會有大量化石來佐證。其次從種系生物學(xué)角度來看，也并未發(fā)現(xiàn)真核生物與原核生物有任何同源進(jìn)化依據(jù)。從演化年限來看，真核生物晚于原核生物大約20億年之久。怎么解釋細(xì)菌在地球生存二十億年之久，突然演化出真核生物？顯然說不過去。
再次從能量的角度來看，細(xì)菌面臨一個幾何問題的限制。為了節(jié)省時間我將引用《能量、性、自殺》這本書對這個問題的闡述：我們把細(xì)菌形狀想象成一個立方體，然后把它的尺寸加倍。立方體有6個面，所以如果我們的立方體細(xì)菌的尺寸是1/1 000毫米(1微米)，那么它的尺寸加倍就會使表面積變?yōu)?倍，從6平方微米(1×1×6)到24平方微米(2×2×6)。但是立方體的體積取決于它的長度乘以它的寬度乘以它的深度，從1立方微米(1×1×1)增加到8立方微米(2×2×2)，增加了8倍。當(dāng)立方體的每一個方向的尺寸為1微米時，表面積與體積的比率為6/1=6;而每一個方向的尺寸為 2微米時，表面積與體積之比為24/8=3。立方體細(xì)菌的表面積體積比下降了一半。同樣的情況也發(fā)生了，如果我們再把立方體的尺寸增加1倍，表面積與體積之比現(xiàn)在下降到96/64=1.5。因為細(xì)菌的呼吸效率取決于表面積(用于產(chǎn)生能量的外膜)與體積(消耗能量的細(xì)胞質(zhì)量)的比率，這意味著隨著細(xì)菌的增大，呼吸效率開始下降。呼吸效率的下降與營養(yǎng)物質(zhì)吸收方面的一個問題有關(guān):表面積與體積比的下降限制了食物的吸收速度，而食物的吸收速度與營養(yǎng)物質(zhì)的需求量有關(guān)。通過改變細(xì)胞的形狀，這些問題可以在一定程度上得到緩解。例如，一根棒子比一個球體有更大的表面積與體積比，或者把膜折疊成薄片或絨毛(就像我們自己的腸壁，這也是為了最大限度地吸收的需要)。不過，可以推測，復(fù)雜的形狀發(fā)展到一定程度，必然會不受自然選擇所待見，僅僅因為它們太脆弱或者很難被精確地復(fù)制。大多數(shù)細(xì)菌的形狀是球形(球菌)或棒狀(桿菌)。
在能量方面，一個具有2倍于“正常”尺寸的細(xì)菌細(xì)胞每單位體積產(chǎn)生的 ATP只有原先的一半，同時不得不將更多的能量轉(zhuǎn)移到制造細(xì)胞成分(如蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和碳水化合物)以填充額外增加的細(xì)胞體積。
所以從以上這本書的討論，我們可以看出細(xì)菌之所以不能演化成真核生物的原因主要是能量問題，其次應(yīng)該是環(huán)境壓力，但是有的小聰明可能會想，那大不了，我在細(xì)菌增加的同倍膜旁邊再放一個基因組管理能量的產(chǎn)生不行嗎？但上面的例子已經(jīng)說明問題了，第一是這樣會將體積增加很多倍，無形之間減小細(xì)胞的碳流傳質(zhì)速率，就比如今天的合成生物學(xué)在理性構(gòu)建細(xì)胞工廠為提高產(chǎn)物產(chǎn)量時，都會想辦法克服克服傳質(zhì)速率（比如表達(dá)支架蛋白），所以細(xì)胞需要大量表達(dá)攝入食物的載體蛋白，還要增加核糖體數(shù)量、增加細(xì)胞膜脂合成以及運送的蛋白，并且也要增加電子傳遞鏈以及ATP酶的表達(dá)等等，無疑營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與呼吸造成嚴(yán)重的沖突，所以總結(jié)來看，這樣的嘗試簡直就是愚蠢之至。況且在地球長達(dá)20億年之久的細(xì)菌繁盛時期，外界環(huán)境壓力巨大，食物的匱乏，細(xì)菌族群之間的謀殺、爭斗非常激烈，所以無論是40億年前還是現(xiàn)在，細(xì)菌基因組向來是能簡化就簡化，因為這樣可以繁殖很快，從而在族群之爭中存活下來。如果面對極大的環(huán)境壓力時，細(xì)菌隨時可以通過基因水平轉(zhuǎn)移，獲得某種性狀度過難關(guān)。之后可能會再次丟棄該基因。
好了，過多的就不討論了，那么真核細(xì)胞到底從何而來尼？其實演化史上出現(xiàn)過三次革命，第一次是有科學(xué)家提出，真核細(xì)胞是系統(tǒng)內(nèi)共生而來，科學(xué)家認(rèn)為真核細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括線粒體、葉綠體、微管以及中心體等等都是細(xì)菌的共生。可以想象好幾種細(xì)菌的熱烈組合派對，這樣的說法讓人不能信服，即便真是這樣，那么為什么所有現(xiàn)代真核細(xì)胞都是幾乎一個樣子，為什么沒有進(jìn)化出其他樣子的真核細(xì)胞，還有種系學(xué)上為何沒有找到其他結(jié)構(gòu)模樣真核細(xì)胞的生態(tài)位，沒有化石證據(jù)，如何解釋中間存在的黑洞，即便是中間體都死光，通過測序，并未發(fā)現(xiàn)相關(guān)證據(jù)，而且真核細(xì)胞有些形態(tài)實在不像是細(xì)菌進(jìn)化而來。所以系統(tǒng)內(nèi)共生理論是錯誤的。第二次革命是，某位科學(xué)家本來想用一個所有細(xì)胞都共有的基因來尋找生命起源演化的證據(jù)，且該基因必須具備相同功能，如果發(fā)生稍微大點的變異，生物便會死亡。科學(xué)家選取了從細(xì)菌到人不同物種核糖體的小亞基編碼基因，發(fā)現(xiàn)真核細(xì)胞和原核細(xì)胞之間區(qū)別非常巨大，但是真核細(xì)胞之間差異極小（樹木、酵母以及人等）。而原核生物中居然發(fā)現(xiàn)兩個不同的域（即古菌的發(fā)現(xiàn)）。這位科學(xué)家直接粗糙的將生命劃分為三域。且忽略古菌在某些方面（尤其生物信息流動方面）與真核生物相似，這位科學(xué)家將這三域放在同等分支上，告訴人們，這三個有一個共同的神秘祖先，然后一下子就有了這三域后代，這真確嗎？顯然是錯誤的！
而正在經(jīng)歷的第三次革命將人們帶向了正確的答案，那就是將前兩次的革命成果結(jié)合作為理論指導(dǎo)，我也要在強調(diào)一遍，這不是折中。線粒體和葉綠體確實源于細(xì)菌，所以內(nèi)共生毫無疑問肯定發(fā)生了，由于葉綠體只有植物和藻類有，而線粒體在所有真核細(xì)胞都有，所以線粒體的內(nèi)共生要早于葉綠體的內(nèi)共生。隨著現(xiàn)代基因測序技術(shù)的成熟，通過對大量基因的研究，研究者發(fā)現(xiàn)，真核生物擁有兩類不同的基因，他們稱之為信息基因和操作基因。信息基因編碼細(xì)胞所有基本的遺傳機制，使其能夠復(fù)制和轉(zhuǎn)錄DNA，自我復(fù)制并構(gòu)建蛋白質(zhì)。操作基因編碼細(xì)胞日常代謝所需的蛋白質(zhì)。換句話說，這些蛋白質(zhì)在細(xì)胞新陳代謝中，負(fù)責(zé)產(chǎn)生能量和制造生命基本組成部分（如脂質(zhì)和氨基酸）。有趣的是，幾乎所有的操作基因都來自α-變形菌，可能是通過線粒體祖先獲得，而真正令人驚訝的是——線粒體祖先在基因方面的貢獻(xiàn)似乎比預(yù)期的還要多，但最大的意外是信息基因的歸屬，它們不出意料歸屬古細(xì)菌，卻是完全出乎意料的一類：產(chǎn)甲烷菌——喜歡沼澤、逃避氧氣、產(chǎn)生沼氣的細(xì)菌。它們與產(chǎn)甲烷菌的基因有著最高的相似性。
除了上述信息基因和操作基因以外，真核細(xì)胞還有其他自己演化出來的基因，算得上真正的嵌合基因體，簡直豈有此理，那么現(xiàn)在的生命樹應(yīng)該如何去畫，我想你已經(jīng)心里有數(shù)了吧，古菌和細(xì)菌來源于一個共同的祖先，而真核生物則是二者基因的嵌合體，也就是說真核生物的祖先是古菌和細(xì)菌。