原核细胞、光合生物与内共生

为什么是这样

最初的生物是没有核膜、没有膜包被细胞器的原核生物，生活在几乎无氧的环境中。它们可能靠周围现成的有机物获取能量（异养），也可能像今天热水喷出孔附近的细菌那样，靠氧化无机物获得能量来合成有机物（化能合成）。两种说法仍在讨论，但「最初是原核、厌氧」是共识。

后来出现了能进行光合作用并放出氧的蓝细菌（シアノバクテリア）。它们分解水获取电子，副产物就是氧气。蓝细菌群体与泥沙层层堆积形成的岩石叫叠层石（ストロマトライト）。放出的氧先溶于海水，与海水中的铁离子结合成氧化铁沉积下来，形成条带状铁矿层（縞状鉄鉱層）；海中的铁大量沉淀之后，氧才逐渐在大气中积累。

大气中的氧带来两个后果。其一，能用氧把有机物彻底分解的好气性生物获得了大得多的能量。其二，高空的氧在紫外线作用下形成臭氧层（オゾン層），挡住了损伤 DNA 的强紫外线，生物才得以离开水登上陆地。

真核细胞的诞生用细胞内共生说（細胞内共生説）解释：较大的宿主细胞吞入好气性细菌，后者没有被消化，而是在细胞内共生下来成为线粒体；其中一部分细胞又吞入蓝细菌，后者成为叶绿体，这一支发展为藻类和植物。核膜和内质网则被认为是细胞膜向内凹陷形成的。

定量表达

日本教材常用的推定年代：蓝细菌约 27 亿年前出现，真核生物约 20 亿年前出现，多细胞生物约 10 亿年前出现，生物登上陆地是在古生代。数值都有很大误差，必须记牢的是顺序：原核生物 → 产氧光合生物 → 海洋与大气中氧增加 → 真核生物 → 多细胞生物 → 登陆。

共生说的证据可以逐条数出来。线粒体和叶绿体都：①由两层膜包围；②含有自己的 DNA，而且像细菌一样是环状 DNA；③含有自己的核糖体，能合成一部分自身的蛋白质；④在细胞内以分裂方式增殖，细胞不能从零重新造出它们。相比之下，高尔基体、内质网是单层膜，也没有自己的 DNA。顺序上，几乎所有真核生物都有线粒体，而只有藻类和植物有叶绿体，说明线粒体的共生在先、叶绿体在后。