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问题

在生物史上从原核细胞发展，是先有多细胞生物还是先有真核生物呢，这两者谁在生物史上的意义更重大呢？

回答
在漫长的生命演化长河中，关于生命从何而来，又如何一步步走向多样化，这本身就是一个引人入胜的故事。我们常说“万物起源于细胞”，而追溯到最古老的细胞形态，故事的起点是原核细胞。

想象一下，在地球的早期，生命刚刚萌芽，那时的环境与现在大相径庭。没有复杂的海洋，没有高耸的山脉，只有一片混沌。在这样的条件下，出现了最原始的生命形式——原核细胞。你可以把它们想象成一个简单的“小房子”，里面只有基本的生命必需品：一套遗传物质（DNA），一些用来制造蛋白质的机器（核糖体），以及一个包裹着一切的细胞膜。没有精密的“房间分隔”，没有独立的“发电厂”，一切都直接暴露在细胞质中。我们今天熟悉的细菌和古菌，就是原核细胞的后代，它们至今仍然是地球上最普遍的生命形式之一。

那么，在原核细胞出现之后，生物史的下一步棋是什么呢？是先出现“多细胞”的生物，还是先出现“真核”的细胞呢？

答案是：真核生物先于多细胞生物出现。

这是一个非常关键的节点。原核细胞虽然简单，却极其顽强，它们在地球上生存了大约20亿年的时间，在这期间，生命的发展相对缓慢。而真核生物的出现，则是一次划时代的飞跃。

什么是真核细胞？你可以想象成一个“升级版”的细胞。它最显著的特点是拥有一个细胞核，这个细胞核就像一个独立的“控制室”，里面装着遗传物质DNA，并且被一层膜严严实实地保护起来。此外，真核细胞还出现了许多其他的“部门”，比如有负责能量生产的“发电厂”（线粒体），有负责光合作用的“太阳能板”（叶绿体，仅存在于植物和藻类中），还有各种各样的膜状结构，将细胞内部划分成不同的区域，各司其职。这种精密的结构，使得真核细胞能够更有效地进行生命活动，也为后续更复杂生命的演化奠定了基础。

那么，真核细胞是如何诞生的呢？目前最被广泛接受的理论是内共生学说。这个理论认为，大约在18到20亿年前，一个较大的古老原核细胞“吞噬”了一个或几个较小的、能够利用氧气进行呼吸（或光合作用）的原核细胞。但这个被吞噬的细胞并没有被消化掉，反而与宿主细胞形成了一种共生关系。小的原核细胞在其中获得了安全的生存环境，而宿主细胞则获得了更高效的能量来源。久而久之，这些被吞噬的原核细胞逐渐演变成了真核细胞中的线粒体和叶绿体。就像一个国家引进了先进的技术，整体实力得到了极大的提升。

在真核细胞出现并稳定发展了一段时间后，生命才开始尝试更复杂的组织形式——多细胞生物。这意味着，单个真核细胞不再孤军奋战，而是学会了协同合作，形成了一个有组织、有分工的“大家庭”。最初的多细胞生物可能只是简单的细胞聚集，但随着时间的推移，细胞之间的合作越来越紧密，功能也越来越特化，最终演化出了我们今天看到的各种各样的动植物和真菌。

所以，时间线大致是这样的：

1. 原核细胞（约38亿年前出现）
2. 真核细胞（约1820亿年前出现）
3. 多细胞生物（最早的化石证据约10亿年前，真正繁盛则在寒武纪大爆发，约5.4亿年前）

接下来，我们来聊聊这两者在生物史上的意义，谁更重大呢？

原核细胞的意义：生命的基石与最顽强的生命形式

虽然原核细胞结构简单，但它们的意义是无法估量的。

生命的起源与早期演化： 没有原核细胞，就没有生命的最初形态。它们在地球上存在了如此之久，是地球生命史的绝对主角。
地球生态系统的支撑： 至今，原核生物（细菌和古菌）在地球的物质循环中扮演着至关重要的角色。它们是分解者，是固氮菌，是氧气制造者（蓝细菌）。没有它们，我们熟知的生态系统将无法运转。可以说，原核生物塑造了早期的地球大气层，为后续复杂生命的出现创造了条件。
生命的多样性与适应性： 尽管结构简单，但原核生物的代谢方式却异常多样，它们能适应各种极端环境，从沸腾的热泉到冰封的极地，从深海的无光区到我们肠道内。它们的遗传变异能力也很强，能够快速适应环境变化。

真核细胞的意义：复杂生命与文明的摇篮

真核细胞的出现，无疑是生命演化史上的一个分水岭，其意义同样极其重大。

复杂性的基础： 细胞核的存在，使得遗传物质的复制和调控更加精确有序。而细胞内各种细胞器的分化，则为更复杂的生命活动提供了可能性。
多细胞生物的先决条件： 没有真核细胞，就没有后来意义上的动植物，就没有我们今天所见到的生物多样性。复杂的生物体需要具有高度特化的细胞来构成不同的组织和器官，而真核细胞就是实现这一目标的基础单位。
大脑与智慧的演化： 我们作为人类，具有发达的大脑和高度的智慧，这都离不开真核细胞的结构基础。神经系统、肌肉组织等，都是由高度特化的真核细胞组成的。可以说，真核细胞是智慧生命演化的基石。
生物学研究的载体： 大多数我们熟悉的生物学研究，无论是遗传学、分子生物学、细胞生物学还是生理学，都以真核生物为主要研究对象。我们对生命过程的许多认知，都源于对真核细胞的研究。

谁更重大？这是一个很难说清谁“更”的问题，因为它们是相辅相成、层层递进的关系。

如果非要从“开创性”的角度来说，原核细胞的出现其意义无疑是奠基性的。没有生命的最初火花，就谈不上任何后续的演化。它是生命在地球上扎根的第一步。

但如果从复杂性、多样性和我们自身存在的角度来说，真核细胞的出现则具有更直接、更深远的影响。它打开了生命演化的大门，允许了更精细的调控，催生了多细胞生物，并最终孕育出了我们所知的宏伟生命世界，包括我们人类自己。

可以这样理解：原核细胞是“万物皆有其始”，它们是生命这个巨大王朝的开国元勋，奠定了江山的基础。而真核细胞则是王朝的“革新者”和“奠基者”，它们引入了更先进的治理模式和科技（细胞器），使得王朝能够发展壮大，枝繁叶茂，最终才有了我们今天能看到的丰富多彩的“帝国”。

所以，两者都不可或缺，都无比重要。它们分别代表了生命演化中的两个关键的飞跃，一个开启了生命的篇章，另一个则让生命的可能性变得无限广阔。我们是它们的产物，我们身上流淌着从原核到真核，再到多细胞演化的全部历史。

网友意见

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从目前的化石证据看，先有多细胞原核生物，后有单细胞真核生物，多细胞真核生物的出现要比这些晚得多。

目前最早的疑似多细胞生物化石可以追溯到30亿~35亿年前（疑似多细胞蓝菌)。对现存的多种单细胞蓝菌进行的研究显示其祖先或许是多细胞的，蓝菌似乎至少五次从多细胞再演化为单细胞，其多细胞祖先至少能追溯到大氧化事件时期。

较为确定的多细胞生物化石可以追溯到17亿年前，模糊一些的疑似多细胞生物化石可以追溯到21亿年前。还有一些模棱两可的化石能追溯到23亿年前，例如Grypania，可能是多细胞细菌、聚集起来的单细胞细菌，或者多细胞真核藻类——对本题目来说，这简直和没说一样。

最近二十年的研究认为真核生物很可能是在16亿年前到21亿年前出现的。

  • 目前确定的最古老的真核生物化石是在加拿大的萨默塞特岛发现的12亿年前的红藻化石[1][2]。
  • 分子钟显示，红色植物和绿色植物是在15亿年前分家的[3]，那么真核生物至少有15亿年历史。
  • 在印度温迪亚山脉发现了16亿年前的疑似红藻化石[4][5]。
  • 在加蓬的页岩里找到了约21亿年前的疑似由真核生物留下的痕迹。
  • 在南非找到了约22亿年前的可能是真核生物也可能是原核生物的化石[6]。
  • 在澳大利亚的页岩里找到了约27亿年前的疑似由真核生物留下的甾烷[7]，但也有人怀疑该样本的可靠性。
  • 真核生物可能在约20亿年前从古菌中分离，具体的时间和形式还在研究之中。较激进的学说是，某些古菌和核质巨DNA病毒组合起来产生了真核生物[8][9]。

以上的年都是指儒略年，1儒略年=365.25日。

“多细胞”在地球生物演化史上似乎至少独立出现了46次，人类还在实验室里多次让单细胞生物出现简单的多细胞聚集现象，看起来捕食者带来的压力、营养缺乏、环境变化引起的应激可能各自导致多细胞性的出现[10]。多细胞性的丢失看起来也独立发生了数十次。

真核生物看起来有共同的祖先，尽管上面谈到的那些有争议的证据和准核生物的存在显示“类似真核生物的东西也可能独立地起源了数次”。我们还没有发现任何真核生物再演化为原核生物。

  • 准核生物是于2010年5月在日本东南方海域的明神海丘发现的，于2012年由筑波大学的研究人员发表描述[11]。
  • 他们观察到的准核生物的细胞长约10微米、宽约3微米，具有被单层、无核孔的核膜围绕的大型拟核状结构，约占细胞体积的41%，内含一些核糖体和一些丝状DNA，这些DNA并不形成染色体；该生物的细胞质基质约占细胞体积的22%，也含有一些核糖体，还有一些螺旋状的大型构造、疑似是内共生的产物，而找不到线粒体、质粒、内质网、高尔基体、中心体等细胞器。
  • 英国演化生物学家尼克·连恩表示，准核生物可能是在不久前获得内共生物、正在朝真核生物方向演化的原核生物。

以上证据显示，“真核生物的出现”至少比“多细胞性的出现”要稀有得多，你可以认为这样稀有的事件较为重大。不过，在生物演化史上“意义重大”这种说法未必有好的定义。

参考

  1. ^ https://doi.org/10.1666%2F0094-8373%282000%29026%3C0386%3ABPNGNS%3E2.0.CO%3B2
  2. ^ 该化石看起来有细胞分化，基部可能适于附着，上部似乎有配子、孢子。一些学者据此认为，有性生殖对真核生物的意义不是什么基因重组，而是它推动了复杂的多细胞性，将生物的形态确立为进化过程中的重要因素。
  3. ^ https://doi.org/10.1038%2Fsrep21361
  4. ^ https://doi.org/10.1073%2Fpnas.0812460106
  5. ^ https://doi.org/10.1371%2Fjournal.pbio.2000735
  6. ^ https://doi.org/10.1016/j.precamres.2013.05.015
  7. ^ https://doi.org/10.1126%2Fscience.285.5430.1033
  8. ^ Livingstone Bell, Philip John (2001). "Viral Eukaryogenesis: Was the Ancestor of the Nucleus a Complex DNA Virus ?". Journal of Molecular Evolution 53 (3): 251–6.
  9. ^ 这也是我开玩笑地将人类分类为核质巨DNA病毒的梗的来源。
  10. ^ https://doi.org/10.1016/j.mib.2014.12.007
  11. ^ https://doi.org/10.1093%2Fjmicro%2Fdfs062

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