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病毒制造出类似细胞核的结构:细胞核起源研究的一缕曙光 精选

已有 10015 次阅读 2017-1-13 16:26 |系统分类:科普集锦

与原核生物相比,真核生物细胞内部存在明显结构,包括细胞核、线粒体、叶绿体等(1)。其中,线粒体和叶绿体起源的内共生学说已经被普遍接受(2),就像达尔文之后的进化生物学一样,大方向、主干已经具备了,剩下的就是添枝加叶的工作了。

细胞核是真核细胞最显著的特征。然而细胞核的起源,却是真核细胞各种结构特征的起源问题中最不清楚的。目前已经有四种假说等待着大家去检验 (3,4)。既然线粒体叶绿体可以通过内共生产生,自然有人就会想到,细胞核可能也是内共生来的。一个原核细胞进入另一种原核细胞中,鸠占鹊巢,成了大家庭的主宰者。第二种假说是直接由原核生物(如planctomycetes bacteria)的细胞内膜特化产生细胞核。第三种假说的想法很奇特,形象的比方是解放后北京市辖区域的历史变迁。强大的北京城不断向外延伸、扩张,把周边的一些县镇包含进来。包含进来之后,并没有新老地区均一化,而是分成了城区和郊区。老北京是城区,新北京是郊区(5)。一些进化生物学家心中,真核细胞起源也是这样的,细胞的老城区和新城区的边界就是细胞核的核膜,细胞核相当于北京的市区,细胞质相当于北京的郊区(6,7)。还有一种更加脑洞大开的假说,就是某种巨大的病毒侵入细胞之后,想在细胞中建立一个国中之国,结果精心建好的小家园自己没有守住,成了原来国王的王宫(8)。

按照维基百科的说法,最后一种假说是最有争议的。不过,大家如果看到了今天Science上发表的一篇论文(9),就会觉得这种假说是最靠谱的。这篇文章利用了很高大上的显微成像技术(别问我,我也不懂其中的细节,我只看结果),观察到针假单胞菌被噬菌体(细菌的病毒)感染后,细胞中出现类似于细胞核的结构,噬菌体的DNA合成、重组、mRNA转录都在这一类核结构中进行,而蛋白质合成、病毒组装等其他过程,则被排除在这一类核结构之外。这种病毒感染的假单胞菌与真核细胞太相似了。真核细胞的DNA合成、重组、mRNA转录都在细胞核中,蛋白质合成、加工、各种代谢过程都在核外细胞质中进行。

我很惊讶的是,这篇文章中竟然只是描述病毒感染后出现的这个结构如何像真核生物的细胞核(This subcellular compartmentalization of enzymes and DNA resembles the organization of eukaryotic cells containing a nucleus),对真核生物细胞核的起源只字未提。不知道是作者的投稿策略(尽量减少不必要的争议,保证论文尽快顺利发表),还是作者觉得他们的结果对真核生物起源的参考价值是不言而喻的,无需画蛇添足。不管怎么样,这篇文章燃起了我们的希望。如果说过去细胞核起源的研究一直是在黑暗中摸索的话,那么这篇文章就是第一缕曙光。真核生物细胞核起源的病毒假说可能是一条光明大道,有勇气的科研人员可以在这条路上闯一闯。

(1):为什么不提内质网和高尔基体?因为现在已经发现了一些具有内膜系统的原核生物[Stolz JF: Bacterial Intracellular Membranes. In: eLS. John Wiley & Sons, Ltd; 2007; McInerney JO, et al. Bioessays 2011, 33(11):810-817],不排除将来会发现很接近内质网和高尔基体结构的原核生物胞内结构。

(2):https://en.wikipedia.org/wiki/Symbiogenesis

(3): https://en.wikipedia.org/wiki/Cell_nucleus;

(4):http://science.sciencemag.org/content/305/5685/766.full

(5):http://www.360doc.com/content/11/0214/15/34476_92971350.shtml

(6):http://www.albertderoos.nl/evolution-and-design/evolution-of-the-eukaryotic-cell-by-wrapping-the-nucleus-with-an-extra-membrane;

(7):http://bmcbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12915-014-0076-2

(8):https://en.wikipedia.org/wiki/Viral_eukaryogenesis

(9):http://science.sciencemag.org/content/355/6321/194.full



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