■最初古菌被認為只是在極端環境下存在的，不過後來我們也在較平常的地方找到它們。圖中的是美國黃石國家公園的大稜鏡溫泉。 資料圖片之前跟大家談到人造細胞的時候，提到過較複雜的細胞中，有一個名為線粒體（mitochondrion）的結構。這樣的結構是細胞中的「能量中心」，負責製造能量供細胞之用。前幾次和各位分享現代人類起源的時候，也提到過線粒體藏有自己的DNA，而藉由研究這些線粒體DNA，我們推斷出現代人種是起源於非洲，再慢慢擴展至全世界。細想之下，線粒體這個結構有點兒特別：它藏身於細胞之中，應該是細胞的一部分；但是它卻含有自己的DNA。這樣的設定究竟是怎樣來的呢？
古菌細菌不親密
在生物學中，細胞較為複雜、（大部分）擁有線粒體的生物被稱為「真核生物（eukaryota）」。這些生物的細胞含有細胞核，將細胞的DNA跟細胞的其他部分分割開來。當然另有一些生物的細胞並沒有細胞核：其中一種就是我們熟悉的細菌（bacteria）；另一類沒有細胞核的微生物是古菌（archaea）。
古菌在外觀上可能跟細菌有點兒相近，不過美國微生物學家烏斯（Carl Woese）和他的研究夥伴在1970年代分析了不同微生物的基因，發現古菌和細菌並不算親密：古菌與細菌在基因上的分別，跟古菌和真核生物的分別，看來不相伯仲；因此1977年就在烏斯和他的研究夥伴的倡議下，將生物分成真核生物、古菌和細菌三大類。
那麽這個分類方法跟今天要討論的線粒體來源又有何關係呢？線粒體含有自己的DNA，令生物學家們想到，線粒體可能源自古菌和細菌的一種共生關係：在地球生命進化的初期，有一些細菌「選擇」了生活在古菌之中。
在剛開始的時候，這些細菌可能是被古菌當食物吞噬的，不過這些細菌能夠產生能量，能為古菌提供更多的能量來源。在這樣的利誘下，一些古菌就和這些細菌「共存」下去，再慢慢演化成今天擁有線粒體的真核細胞。
這個猜想大體上來說不錯，而生物學家們甚至已經找到了真核細胞的祖先可能是那些微生物：最初的細菌應該是α-變形菌（alphaproteobacteria），而最初的古菌應該是屬於被稱為Lokiarchaeota的一類。不過這個猜想的一些細節還不是很清楚：比如說，在發展線粒體的時候，那些細胞究竟有多原始？在那個時候，那些細胞發展了細胞核沒有？
早出現蛋白質 多與古菌有關
為了回答這個問題，西班牙龐培法布拉大學的Alexandros Pittis跟Toni Gabaldón藉由分析基因去找出細胞中的哪些蛋白質較早或較遲出現。他們發現最早出現的蛋白質主要負責細胞的基本工作（例如複製DNA），而且的確大部分跟古菌有關，和真核細胞是來自古菌的猜想一致。最遲出現的蛋白質，毫不出奇地，大多來自細菌，而且藏於線粒體中和跟生產能量的工作有關。
不過，Pittis跟Gabaldón還找到第三種跟細菌有關的蛋白質：這些蛋白質出現的時間在第一種跟第二種之間，一部分可以在細胞內部結構的表膜之中找到。
如此看來，當細胞發展線粒體的時候，細胞早已吸納了其他的基因，而且已經發展了一些內部結構。不過這第三種的蛋白質是從何而來的，還得依賴繼續的研究去找出原因了。■張文彥博士 香港大學理學院講師
短暫任職見習土木工程師後，決定追隨對科學的興趣，在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位，修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師，教授基礎科學及通識課程，不時參與科學普及與知識交流活動。
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