為什麼原核細胞的各種功能對應的結構比真核細胞簡單那麼多？

01-02

原核細胞結構比真核細胞簡單很多，有什麼好處？

為什麼原核生物沒有染色體？

（重點）所有真核生物都有那麼多特有的結構（例如各種膜結構和染色體）嗎？原核細胞一個都沒有，難道所有這些特殊結構都是演化的岔路口後面才突變出來的？有沒有過渡品種（例如只有內質網，沒有高爾基體的真核生物）？

如果問題本身有問題，歡迎指正！本人高三水平，學得不錯，自己看了看普通生物學，希望答主諒解我可能存在的錯誤。

這是一個好問題，不過以我的知識無法完整回答。

《細胞》上一篇文章曾提出真核生物進化出染色質的原因的假說。該文章認為，染色質是防禦病毒將DNA嵌入自身基因組而出現的屏障。文章鏈接：The Frustrated Gene: Origins of Eukaryotic Gene Expression。這篇文章是Open Archive，所以雖然你還只是高中生，但應該可以下載。

原核生物沒有染色質，說明染色質並非生命所必需。原核生物的基因調控方式也比真核簡單很多，說明真核複雜的調控方式也不是生命所必需。那麼真核搞這麼複雜是為啥呢？為了防禦病毒。病毒往往會把自己的DNA嵌入宿主基因組中，依靠宿主來複制自身。而染色質提供了物理上的屏障，阻止病毒向基因組進攻。而且染色質分常染色質和異染色質，前者鬆散而轉錄活躍，後者緊密、幾乎不轉錄且佔大多數，說明真核希望需要轉錄的基因就去轉錄，不需要轉錄的就好好地捂起來，免得給了病毒機會。

染色質的出現就不可避免地帶來了基因調控方式的複雜化。你想，組蛋白把DNA裹得死死的，別說病毒了，自己的轉錄機器也靠近不了啊。於是一定要有一套機制來把特定區域的染色質給弄鬆散了。這個機制極其複雜，屬於表觀遺傳學研究的範疇，此處不詳述。

另外，你猜想的原核到真核的中間態，目前一般認為是古核生物（Archaea）。古核生物喜歡生活在極端環境中，嗜熱、嗜冷、嗜酸、嗜鹼、嗜鹽的都有，曾經被認為是細菌的一種。後來伍斯（Carl Woese）研究了其16S RNA的序列，發現古核生物和真核生物的親緣關係甚至超過了原核，並提出生物分類的三域（在界kingdom之上加一個新單位domain）學說。古核的確在很多方面都很像原核到真核的中間態，總結如下：（來源：https://megakharisma.wordpress.com/2010/10/03/similarities-between-archaea-and-eukaryotes/）

兩句題外話：

1. 以上內容大部分為假說，因為這個問題幾乎不可能設計實驗來驗證。

2. 當初教我微生物學的陳向東老師曾表示伍斯應該獲諾獎，但伍斯老爺子於2012年去世了。

佔個坑，回去查查資料再來答。

先回答一下前兩個問題：

真核細胞是由原核進化而來的。在進化過程中，總是由簡單的生物產生複雜的生物，而產生複雜的生物的同時，簡單的生物並沒有消失，反而類似「存檔」一樣將生物進化的歷程保存了下來。所以我認為「原核比真核好在哪」的問題是不成立的，應該問「為什麼原核沒有在出現真核之後滅絕」。

（未完待續）

豈止是好問題，簡直是極好的問題，但是確實也太難答，我先跟你解答一下「某一個特殊結構是不是在演化的岔路口上突變出來的？」

這個問題涉及硫呼吸到光合作用的演變，先說說微生物營養類型的演變：

光能自養型：以二氧化碳為碳源，以光為能源（如藍細菌，紫硫細菌）

光能異養型：以有機物為碳源，以光為能源（紫細菌）

化能自養型：以二氧化碳為碳源，以無機物為能源（硝化細菌，硫細菌，鐵細菌）

化能異養型：以有機物為碳源，以有機物為能源（通常的細菌，真菌）

但是實際上，以二氧化碳為碳源在古時候是不可能的，古老的細菌，是固定二氧化硫，將它們變成硫顆粒或者含硫物質，例如硫酸，所以光能異養型也不是單純的光能異養型

一類在厭氧、光照條件下進行不放氧光合作用，以光為能源、有機物為供氫體，不能以ＣＯ２作為主要或唯一碳源的光合細菌.細胞內除細菌葉綠素外還含有較多類胡蘿蔔素，故菌體不顯綠色而為紫紅色或褐色.有些菌在有光、無氧、低濃度Ｈ２Ｓ條件下，亦能利用硫化物為供氫體，利用光能同化ＣＯ２；在有氧、無光、存在有機物時，亦可利用有機物為碳源和能源，不合成光合色素，無光合作用；

經歷了厭氧無機自養，厭氧有機自養（硫呼吸），需氧有機自養（需氧光合作用）之後，光合作用才在28億年前初現雛形，光合作用的初期演化圍繞著Bubisco酶，之後所有的機制就是為了適應這個效率低下的酶而產生，當然Rubisco酶是隨著植物光合作用而出現的，也就是說雖然最初的植物出現不久後它便已出現，但畢竟是真核範疇，這裡不展開

晚中新世植被變更與光合作用演化 VEGETATION CHANGE IN LATE MIOCENE AND EVOLUTION OF PHOTOSYNTHESIS

關於第二個問題，不好答在系統進化上，特別是原核系統進化，繞來繞去都是酶和序列，進化樹什麼什麼的，下面是隨手搜的一篇文獻，裡面提到了一個「拼湊假說」，可以參考一下

基於原核生物基因組及系統發育分析發現莽草酸通路的起源過程可能蘊藏趨同和趨異兩種進化模式

關於第一個問題，我就順著 @調和級數老師說兩句：

先上一份參考資料1=組蛋白置換與染色質濃縮

嚇尿了沒有！！！！！！

學過分子生物學的童鞋們肯定會很熟悉組蛋白，它會以八聚體的形式纏繞在DNA上，並且接受乙醯化之類的修飾信號解開，從而便於DNA的複製，問題在於我們對於信號轉導所知甚少，從八聚體的形成與解離，修飾的引發，修飾的調控，組蛋白密碼，到書上會講到的複製調控，轉錄調控，比較一下書上講的內容就知道複雜的好處了

簡單沒什麼好處，但是問題在於如何看這個「簡單」，我們知道動物神經系統的大致進化（網狀——梯狀——……），但即使是一隻螞蟻，它的構造也極為精巧，同樣，即使是一隻比高樓還高的恐龍，它仍然在進化上比人類原始，原核基因組比真核基因組小得多，如果衡量這個大小與複雜程度的比值，說不定我們會得出原核比真核「複雜」的結論（因為C值謬誤之類的原因，這種現象肯定會存在，只是我懶得算而已）

隨手寫的，只用1個小時就寫完了，沒有用上NCBI的文獻，bigger顯得有些不夠，但是用中文文獻，下載難度想必會大幅度降低，謝謝觀賞

以前跟你有同樣困惑，後來認為真核細胞的細胞器都是吞了原核細胞的，比如好氧菌變成線粒體，藍藻之類的變成葉綠體。這也能這也能勉強解釋線粒體DNA的遺傳問題。有點像共生關係。一直到後來誰也離不開誰，只不過線粒體的基因並沒有進入到核中。就像一個人是做不來一個工廠的事情，需要僱傭大量幫手，其他細胞器我就不知道了，畢竟只是高中腦洞。

毫無乾貨，沒有科學依據，不喜勿噴，我也想知道是不是真的

為什麼原核表達的蛋白比真核表達蛋白活性上差那麼多，而且真核表達蛋白可以實現複雜困難的修飾，但是原核實現不了，而且原核連活性都不能保證，這就是在實際運用中的解釋了~