01

2006年

真核细胞的进化

随着地球上的生命开始进化并变得更加复杂，被称为原核生物的简单细胞在很长一段时间内经历了数次变化，最终成为真核细胞。真核生物比原核生物更复杂，有更多的部分。真核生物经过几次突变和幸存的自然选择才进化并流行起来。

科学家们认为，从原核生物到真核生物的过程是在很长一段时间内结构和功能发生微小变化的结果。这些细胞变得更加复杂，这是一个合乎逻辑的变化过程。一旦真核细胞出现，它们就可以开始形成菌落，最终形成具有特殊细胞的多细胞生物。

02

2006年

灵活的外部边界

大多数单细胞生物的质膜周围都有一层细胞壁，以保护它们免受环境危害。许多原核生物，像某些类型的细菌，也被另一层保护层包裹着，这层保护层也允许它们粘附在表面。前寒武纪时期的大多数原核生物化石是杆状的，原核生物周围有一层非常坚硬的细胞壁。

虽然有些真核细胞，如植物细胞，仍然有细胞壁，但许多没有。这意味着在原核生物的进化史中，细胞壁需要消失或至少变得更灵活。单元上灵活的外部边界允许其扩展得更多。真核生物比更原始的原核细胞大得多。

灵活的单元边界也可以弯曲和折叠以创建更多的表面积。具有更大表面积的细胞更能有效地与环境交换营养和废物。使用内吞或外吞作用引入或去除特别大的颗粒也是有益的。

03

2006年

细胞骨架的外观

真核细胞内的结构蛋白聚集在一起形成一个称为细胞骨架的系统。虽然“骨架”一词通常会让人想起创造物体形状的东西，但细胞骨架在真核细胞内还有许多其他重要功能。微丝、微管和中间纤维不仅有助于保持细胞的形状，还广泛用于真核细胞的有丝分裂、营养物质和蛋白质的运动以及固定细胞器。

在有丝分裂过程中，微管形成纺锤体，将染色体分开，并将它们平均分配给细胞分裂后产生的两个子细胞。细胞骨架的这一部分附着在着丝粒的姐妹染色单体上，并将它们均匀地分开，因此每个产生的细胞都是一个精确的拷贝，并且包含它生存所需的所有基因。

微丝还帮助微管将营养物质和废物以及新制备的蛋白质转移到细胞的不同部位。中间纤维通过将细胞器和其他细胞部分固定在需要的位置来保持它们的位置。细胞骨架也可以形成鞭毛来移动细胞。

尽管真核生物是唯一具有细胞骨架的细胞类型，但原核细胞中的蛋白质在结构上与用于形成细胞骨架的蛋白质非常接近。据信，这些更原始的蛋白质经历了一些突变，使它们聚集在一起，形成不同的细胞骨架片段。

04

2006年

原子核的演化

对真核细胞最广泛使用的鉴定是细胞核的存在。细胞核的主要工作是储存细胞的DNA或遗传信息。在原核生物中，DNA只存在于细胞质中，通常呈单环状。真核生物的核膜内有DNA，核膜被组织成几个染色体。

一旦细胞进化出一个可以弯曲和折叠的柔性外边界，人们相信原核生物的DNA环就在该边界附近被发现。当它弯曲和折叠时，它包围着DNA，并被挤压成一个核膜，包裹着细胞核，DNA现在被保护着。

随着时间的推移，单个环状DNA进化成紧密缠绕的结构，我们现在称之为染色体。这是一种有利的适应，因此DNA在有丝分裂或减数分裂期间不会缠结或不均匀分裂。染色体可以展开或结束，这取决于它处于细胞周期的哪个阶段。

既然细胞核已经出现，其他的内质网和高尔基体等内膜系统也进化了。核糖体在原核生物中只是自由浮动的，现在它们锚定在内质网的一部分，以帮助蛋白质的组装和运动。

05

2006年

废物消化

随着细胞变大，需要更多的营养物质，并通过转录和翻译产生更多的蛋白质。伴随着这些积极的变化，细胞内产生了更多废物的问题。跟上清除废物的需求是现代真核细胞进化的下一步。

灵活的细胞边界现在已经形成了各种各样的褶皱，可以根据需要收缩，形成空泡，将颗粒带进和带出细胞。它还制造了一个类似于储存细胞的东西，用来储存细胞制造的产品和废物。随着时间的推移，其中一些液泡能够容纳一种消化酶，这种酶可以破坏旧的或受损的核糖体、错误的蛋白质或其他类型的废物。

06

2006年

内共生

真核细胞的大多数部分是在单个原核细胞内制造的，不需要与其他单个细胞相互作用。然而，真核生物确实有一些非常特殊的细胞器，它们曾经被认为是它们自己的原核细胞。原始的真核细胞有能力通过内吞作用吞噬某些东西，而它们可能吞噬的某些东西似乎是较小的原核生物。

被称为内共生理论的林恩·马古利斯（Lynn Margulis）提出，线粒体，或细胞中产生可用能量的部分，曾经是一种原核生物，被原始真核生物吞噬，但没有被消化。除了制造能量外，第一个线粒体可能还帮助细胞在新形式的大气中存活下来，现在这种大气中含有氧气。

一些真核生物可以进行光合作用。这些真核生物有一种叫做叶绿体的特殊细胞器。有证据表明叶绿体是一种原核生物，类似于被线粒体吞噬的蓝绿藻。曾经是真核生物的一部分，现在真核生物可以利用阳光生产自己的食物。