撰文丨Christie Wilcox
翻译丨郑宸
编辑丨杨心舟
动物、植物、真菌和原生动物的细胞各不相同， 不过它们都有一个显著的共同特征：细胞核 。 虽然它们还有其它细胞器， 比如产生能量的线粒体， 但是细胞核作为一种清晰可辨、包含遗传物质的有孔囊袋状结构， 于1925年启发生物学家埃德·查顿（édouard Chatton）创造了“真核生物”这一术语， 用来指代具有“真正内核”的生物 。 他把其余生物称为“原核生物”， 表示“有核之前的”生物 。 这种划分有核和无核生物的二分类方法随后成为了生物学的基础 。
【细胞核起源于病毒？】现在没人确切地知道细胞核是如何演化成胞内一个关键区域的 。 然而， 越来越多的证据使研究人员认为细胞核或许和线粒体一样， 起源于一种共生关系 。 但关键的不同之处在于， 带来细胞核的可能不是一个单独的细胞， 而是病毒 。
“有关我们是什么， 或者说真核生物是什么的问题， 或许是一种所谓涌现复杂性的典型案例， ”酵母生物技术公司MicroBioGen的研究主管菲利普·贝尔（Philip Bell）解释说 。 贝尔早在2001年就提出了真核生物细胞核的病毒起源学说， 并在2020年9月更新了这一理论 。 “三种有机体聚集在一起组成了一个新的共同体， 它们融合得如此之好， 以至于实际上形成了一种新的生命形式 。 ”
他和其他研究人员从一些发现中更加坚信了这一推论， 例如， 他们证明巨病毒在原核细胞内建立了“病毒工厂”——一些很像细胞核的隔室， 它们分开了转录（读取基因）和翻译（构建蛋白质）过程 。 “我认为这是目前最有说服力的模型， ”他说 。
大多数研究真核生物起源的人可能不同意他的观点；有些人仍然将其描述为一种边缘想法 。 但病毒起源学说的支持者指出， 近来的一些发现同样能支持该模型， 而且他们相信有利于这种假说的决定性证据已经触手可及 。
礼物还是骗局？
科学家们普遍认为真核生物最早出现在25亿年至15亿年前 。 有证据表明， 当时， 一种细菌寄生到另一种原核生物——古细菌内， 并成为了它的线粒体 。 但是， 细胞核的出现却是一个更大的谜团：甚至没有人知道那个原始的古细菌是否已经是一种有核的原真核生物（proto-eukaryotic cell）， 亦或细胞核是否在更晚才出现 。
任何关于真核生物细胞核起源的理论都要能解释它的若干特征 。 首先是其结构性质：细胞核的外膜和存在一层由纤维组成的网络结构的内膜， 以及连接其内部和细胞其他部分的核孔 。 另外， 还有它将基因的表达限制在其内部， 而将蛋白质的构建留在外面的奇怪方式 。 而一个真正有说服力的起源理论还必须解释为什么细胞核会存在——是什么演化压力促使这些古老的细胞把自己的基因组围了起来？
在过去一个多世纪的大部分时间里， 关于细胞核起源的猜想不能回答上述任何一个问题 。 但在21世纪初， 两位研究人员独立地提出了细胞核来源于病毒的观点 。
彼时还是名古屋大学研究助理的武村政春（Masaharu Takemura）， 在DNA聚合酶（细胞用来复制DNA的酶）的生化研究中， 对它们的演化过程产生了兴趣 。 “我对真核生物、细菌、古细菌和病毒的DNA聚合酶进行了演化系统发生分析， ”现为东京理科大学分子生物学和病毒学家的武村在一封电子邮件中回忆道 。 他的分析表明， 有一类病毒（痘病毒）的DNA聚合酶与真核生物中一种主要的聚合酶惊人地相似 。 他推测， 这种真核生物的酶或许起源于某种古老的痘病毒 。
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