Evolution of Eukaryotes
作者:A.Malcolm Campbell, Christopher J.Paradise
出版:MOMENTUM PRESS
索书号:Q243/C187/2016/Y
ISBN: 978-1-60650-999-9
藏书地点:武大外教中心
46亿年前地球诞生,约39亿年前出现原核细胞,这之间细胞是怎么形成的呢?科学家们提出假说,细胞从无到有主要经历了三个阶段。
第一阶段在非生物界产生有机小分子物质。关于有机小分子物质的形成,最著名的就是Stanley Miller的雷鸣闪电实验。利用闪电刺激混合气体(模拟原始地球的火山喷发的气体比例),在收集的冷凝水中获得20种有机化合物,其中4种氨基酸是生物的蛋白质所有。
另一种观点认为地球初期的有机小分子来自陨石。1969年掉落在澳大利亚的默奇森陨石提取出80种氨基酸,近期的研究显示该陨石还含有脂肪、糖和含氮碱基(如尿嘧啶)等有机小分子物质。
第二阶段有机小分子物质合成有机大分子物质。我们知道有机大分子是通过有机小分子脱水缩合形成,这个过程通常需要酶(蛋白质或核酸)的催化,也就是说需要有机大分子之间的配合才能形成大分子物质。而早期地球没有这种配合,这就意味着早期的生命分子可能是多功能的,比如可以自发的形成有机大分子物质。
2009年的一个研究发现,在产生核苷酸(小)的过程中能够自发形成RNA(大)的“先导物”,这些简单的聚合物可能充当了较弱的催化剂的角色,使得有机小分子可以聚合成有机大分子物质。除此之外,RNA还可以催化氨基酸的连接,生成肽链。它还能把氨基酸连接到RNA分子上,成为tRNA的前身。综上所述,RNA可能启动了一系列的有机大分子的合成。
第三阶段大分子物质组合形成原始细胞。研究发现,当把有机大分子磷脂和其他物质放入水中时,磷脂亲水部位露出、疏水部位聚在内部,形成双层的类膜结构,最终形成有边界的“小泡”。这种小泡可以吞噬RNA等有机分子。并观察到小泡能够“长”大,和分裂成多个“小泡”,这种小泡具备了原始细胞的属性。经过十几亿年的进化,拥有遗传物质,自我复制蛋白系统等更加完善的原核细胞形成了,我们熟悉的细菌就是原核细胞。
最早的真核生物的化石记录是21亿年前,从39亿年前到21亿年之间,原核细胞是怎么形成真核细胞的呢?
真核细胞的产生。首先,原核细胞的细胞膜内折形成“内膜系统”,比如核膜、内质网、高尔基体等。而线粒体和叶绿体等细胞器的由来,最流行的就是“内共生假说”。细胞间会互相吞噬,比如一个大的细胞吞掉小的细胞后会将其消化,然而线粒体没有被消化,留在寄主细胞中反而能使寄主细胞更高效的获得能量,于是寄主便留下了线粒体,线粒体也能直接利用寄主细胞的有机物,形成了一种相互利用的关系。原核细胞到真核细胞还有一个重要的转变就是有了细胞骨架,这使得真核细胞的形态不断的多样化。
单细胞真核生物到多细胞真核生物。由于细胞的形态和功能逐渐多样化,许多细胞开始“聚在”一起生活,简单的多细胞生物从15亿年前开始出现,然而直到约6亿年前,才出现较为大型的多细胞真核生物,有科学家认为是当时地球处于表面全部结成冰的“大雪球”时期阻碍了生物的发展。
与细胞每个阶段进化都需要十几亿年不同,多细胞真核生物的出现是“突然爆发式”的,寒武纪地层在2000多万年时间内突然出现门类众多的无脊椎动物化石,而在早期更为古老的地层中,长期以来没有找到其明显的祖先化石的现象,这也被古生物学家称作“寒武纪生命大爆发”。
真核生物在生命进化中占有独特的地位。没有其他领域的生命具有具有多个膜结合的内部细胞器的细胞。没有其他生命领域的细胞含有携带自身基因组的细胞器。真核生物是唯一在两个无关的单倍体细胞融合后形成多细胞物种的生物。当然,只有真核生物才能读生物学方面的书。这本书考察了成为真核生物的四个独特方面。也许真核生物最惊人的特征是细胞核。第一章展示了揭示第一个细胞核是如何从缺乏细胞核的细胞进化而来的数据子集。一旦在第一个真核生物中出现细胞核,一个新的问题就必须解决——如何把所有的DNA都塞进一个小隔间里。DNA被包裹起来以促进有丝分裂,同时仍然允许转录进行。植物不仅携带核基因组,还携带线粒体和叶绿体基因组。第三章展示了这两种含有基因组的细胞器起源的数据。最后一章允许读者评估解释多细胞生物提供的选择性优势的一个例子的数据。除了这四个案例研究,本书还将介绍研究伦理,以及科学家如何被委托在保持高道德标准的同时进行研究。本书的四章通过考察复杂生命形式的起源,聚焦于有机体层面的进化。
A. Malcolm Campbell在北卡罗来纳州戴维森学院教生物学。他获得过国家和国际教育奖:美国遗传学学会(Genetics Society of America, 2013);美国科学促进会(2012);美国细胞生物学学会(2006)。曾任CBE生命科学教育创刊联合主编;基因组主动教学联盟(Genome Consortium for Active Teaching, GCAT)创始董事;美国细胞生物学学会理事会成员(2012-2014)。
Christopher J. Paradise,戴维森学院生物学与环境研究教授。他教授生物学入门、生态学、昆虫学,以及关于生态毒理学和可再生自然资源的专题研讨会。他偶尔也会在印度领导一个海外学习项目。他的研究评估了在不同尺度上影响昆虫生物多样性的人为因素。他目前的研究兴趣包括土地利用模式对公园传粉者群落的影响。
《真核生物的进化》一书于2016年由MOMENTUM PRESS出版,作者为A.Malcolm Campbell和Christopher J.Paradise。
《真核生物的进化》一书,作者展现了生物进化研究领域中的一些最新研究,讨论的主题主要包括真核生物从原核生物的起源,将基因组植入一个微小的细胞核伦理、法律、社会影响,线粒体和叶绿体的起源,多细胞生物的进化。
《真核生物的进化》是生物学实验室不可或缺的工具用书,适用于生物学和进化生物学等相关专业的研究生和研究人员高年级本科生、研究生,也可作为教师的教学和科研参考书,亦可对对系统生物学感兴趣的研究生和研究人员有用。
《真核生物的进化》一书作为生物学和进化生物学专业研究读物,内容饱满详实、语言浅显易懂,除此之外,还包括一些其他的特点:
1.本书主要介绍了真核生物从原核生物的起源,将基因组植入一个微小的细胞核伦理、法律、社会影响,线粒体和叶绿体的起源,多细胞生物的进化。内容全面充实,读者能够从本书了解真核生物的进化的相关内容。
2.这本书还将介绍研究伦理,以及科学家如何被委托在保持高道德标准的同时进行研究。本书的四章通过考察复杂生命形式的起源,聚焦于有机体层面的进化。
3.这本书提供的证据揭示了细胞核、线粒体、也叶绿体这三种含有DNA的细胞器的起源。此外,这本书还将说明DNA这个2米(6英尺)长的分子是如何融入所有只有2微米左右的细胞核的,本书还将多细胞藻类作为研究多细胞生物起源的一个案例。
总的说来,《真核生物的进化》一书为想要了解真核生物的进化的人员提供了清晰的导读路径,作为生物学和进化生物学领域的一本前沿研究图书,是一本值得为想要涉足该领域的人员推荐的专业书籍。
本书目录:
前言
致谢
引言
第1章 真核生物从原核生物的起源
第2章
将基因组植入一个微小的细胞核伦理、法律、社会影响:科学研究的伦理指南
第3章
线粒体和叶绿体的起源
第4章
多细胞生物的进化
结论
术语表
索引
胡萌欣 武汉大学生命科学学院 博士