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细胞的结构让生物学家为之着迷，在这个极其微小的空间里，不仅形成了精巧的细胞器分工，每个细胞器都具有不同的形态、结构和功能，而且细胞器之间还能相互协调和联系，构成一个复杂的工作系统，帮助细胞完成整体的生命活动。
为什么细胞会具有如此多样的结构，这些结构和功能的联系是如何形成的呢？我们不妨从进化的角度寻找答案。
一、共生——不同物种的相互扶持
在东南亚的珊瑚礁浅水区里，有一种挥舞着双螯的螃蟹，叫作拳击蟹，它的螯上面抓着另外一只生物——海葵。海葵的触须有很强的毒性，当拳击蟹遇到肉食性鱼等掠食者时，它就会挥动海葵，挡住掠食者的攻击;而海葵则可以随着螃蟹的四处游走而获取食物。
在长期的进化过程中，拳击蟹和海葵这两种截然不同的生物牢牢地联系在一起，形成了密切的共生关系。
（绘图：刘佳怡）
与之类似的，还有大颅榄树和渡渡鸟。渡渡鸟是非洲岛国毛里求斯的一种小体型的鸟类，小岛气候适宜，也没有大型的掠食者，长期优越的生活环境让渡渡鸟在进化中失去了飞行能力，只会在地上跑来跑去。16世纪，欧洲殖民者踏上了这片土地，他们瞄准了行动缓慢的渡渡鸟。在人类的大量捕杀下，渡渡鸟迅速走向了灭亡的边缘。1680年前后，最后一只渡渡鸟死亡，这种生物彻底灭绝。
但奇怪的是，渡渡鸟灭绝后，岛上独有的大颅榄树似乎患上了“不孕症”，再没有新生的大颅榄树幼苗。随着衰老的大颅榄树逐渐死亡，到20世纪80年代，毛里求斯仅剩13棵大颅榄树。科学家后来发现，渡渡鸟在以大颅榄树的种子为食的同时，也会帮助种子消化掉硬壳，这样种子才能发芽成长。少了渡渡鸟，大颅橄树自然会出问题。
好在科学家找到了可以帮助大颅榄树繁殖的其他方法。这件事给了人类一个教训：不同物种之间有着有机的联系，对自然界的肆意破坏，终会影响生态系统的整体平衡。
二、内共生——殊途同归
共生的结果是生物之间友好互助，彼此相互吸引，聚在一起。如果能更进一步，生物和生物之间可能就不只是相互帮助的关系了，甚至可以融为一体。内共生，就是融为一体的结果。
与无氧呼吸相比，有氧呼吸对能量的利用更加彻底和高效。无氧呼吸的基础是糖酵解，只能把糖类分解成丙酮酸，并进一步转化为酒精或乳酸，有很多的能量尚未释放出来。而有氧呼吸的基础是三羧酸循环，在三羧酸循环中，丙酮酸被彻底氧化分解，变成了CO2和H2O，释放出了大量的能量。显然，要想在进化中保持优势，有氧呼吸是生物必然的选择。
早期的真核生物没有有氧呼吸的能力，它们只能依赖糖酵解获取少量的能量，所以必须不断地大量吞噬细菌，以此来获取足够的营养。反倒是它所吞噬的细菌，是一种能进行三羧酸循环的细菌，这种原核生物对于有机物分解的能量利用效率，比它的天敌还要高。
生活本来是这样平淡无奇地进行着的：真核生物艰难地捕食和进行无氧呼吸;原核生物一边进行有氧呼吸，一边要逃避天敌的追捕——双方都活得好辛苦。
忽然有一天，很多亿年前的某一天，当真核生物吞食了某个细菌的时候，它发现，与其消化掉这点可怜的有机物，不如把它留下来当成一个工具，帮助自己进行有氧呼吸。于是，通过胞吞进入真核细胞的这个细菌，就成了真核细胞的一部分，它可以从真核细胞中获得营养物质，同时帮助真核细胞进行有氧呼吸，大大提升了整体的能量利用效率。在漫长的进化过程中，细菌的自主性逐渐减弱，受到了真核细胞的控制，变成了半自主性细胞器，它就是线粒体。
而叶绿体和线粒体相似——尽管两者功能截然相反，即一个进行物质的合成，一个进行物质的分解，但是两者都是半自主性细胞器。而叶绿体的出现，也和线粒体非常相似，只是时间略晚了一点。
历史总是惊人的相似。具有线粒体的真核细胞，原本是靠吞噬蓝藻为生的——蓝藻可以进行光合作用，产生有机物，自给自足，日子过得非常滋润;而真核细胞就只能靠夜以继日地吞噬蓝藻来维持生命。某一天，这些真核生物大概想起了过去的事情——我能“驯服”细菌，为什么就不能“驯服”蓝藻呢？
真核细胞吞下蓝藻，但是不消化它，让它在自己的细胞中进行光合作用，这样真核细胞就可以直接获得有机物，获得足够的能量了。至于怎么“驯服”它，随便给它点营养物就够了。真核生物果然都是“奸诈”的，于是它又把蓝藻纳入体内，在长期的进化过程中，蓝藻演化成了叶绿体。
而具有叶绿体的这些生物，后来进化成了植物;另一些不具叶绿体的生物，進化成了动物。动物和植物细胞的结构有很大差异，但有共同的起源——比如，他们都有相似的线粒体结构。
三、证据——愿得一人心，白首不分离
内共生这套理论在美国生物学家马古利斯1970年出版的《真核细胞的起源》中被正式、完整地提出，但是这真的是线粒体和叶绿体的起源方式吗？进化是个极其漫长的过程，无法通过实验的手段验证，但是线粒体和叶绿体的很多结构都间接地提供了证据，让人们确信线粒体和叶绿体起源于独立的微生物。
首先，线粒体和叶绿体最独特的特点，在于它们有自己的DNA，可以控制自己的蛋白质的合成，是半自主性细胞器。但是如果研究两者DNA的结构，会发现它们的结构和细胞核DNA的结构具有巨大的差异，但是和蓝藻、细菌的DNA却非常相似，这就是证明细胞器来源的一个直接证据。
其次，真核细胞的细胞质中有核糖体，这种核糖体有两个亚基，分别是40S和60S，而叶绿体和线粒体也有自己的核糖体，不过它们的核糖体亚基是30S和50S。为什么会不一样呢？也许你已经想到了，细菌和蓝藻的核糖体亚基也是30S、50S，说明线粒体和叶绿体的核糖体来自原核细胞，而非真核细胞。
最后，要说到线粒体和叶绿体标志性的两层膜的特性。只有这两种细胞器是双层膜细胞器，其他具膜细胞器一般只有一层膜。为什么线粒体和叶绿体有两层膜呢？科学家发现，两者的外膜和真核细胞的细胞膜比较相近，但是，两者的内膜和外膜差异很大，与原核细胞的细胞膜更加相似，这说明内膜来自原核细胞本身的细胞膜，而外膜则是胞吞时给细菌包上的。
尽管我们现在并不能通过实验再现线粒体和叶绿体的形成过程，但这些证据表明，线粒体和叶绿体也许是内共生的产物，是多种生物之间相互协调、共同生存的结果。它们就这样在漫长的进化过程中，相濡以沫，生生不息。
【小试牛刀】
内共生起源假说认为：线粒体和叶绿体可能分别起源于在原始真核细胞内共生的好氧细菌和蓝藻，在长期的共同进化中整合进入了真核细胞之中。研究也表明，叶绿体和线粒体都含有特有的核糖体，都具有相对独立的蛋白质合成系统。据此推断，下列说法不能较为准确地支持该假说的是（ ）
A.叶绿体和线粒体都具有双层膜结构
B.叶绿体和线粒体都具有环状DNA分子结构
C.叶绿体、线粒体和中心体都有一定的自我复制功能
D.能抑制原核生物蛋白质合成的氯霉素也能抑制线粒体和叶绿体的蛋白质合成
【参考答案】C
为什么细胞会具有如此多样的结构，这些结构和功能的联系是如何形成的呢？我们不妨从进化的角度寻找答案。
一、共生——不同物种的相互扶持
在东南亚的珊瑚礁浅水区里，有一种挥舞着双螯的螃蟹，叫作拳击蟹，它的螯上面抓着另外一只生物——海葵。海葵的触须有很强的毒性，当拳击蟹遇到肉食性鱼等掠食者时，它就会挥动海葵，挡住掠食者的攻击;而海葵则可以随着螃蟹的四处游走而获取食物。
在长期的进化过程中，拳击蟹和海葵这两种截然不同的生物牢牢地联系在一起，形成了密切的共生关系。
（绘图：刘佳怡）
与之类似的，还有大颅榄树和渡渡鸟。渡渡鸟是非洲岛国毛里求斯的一种小体型的鸟类，小岛气候适宜，也没有大型的掠食者，长期优越的生活环境让渡渡鸟在进化中失去了飞行能力，只会在地上跑来跑去。16世纪，欧洲殖民者踏上了这片土地，他们瞄准了行动缓慢的渡渡鸟。在人类的大量捕杀下，渡渡鸟迅速走向了灭亡的边缘。1680年前后，最后一只渡渡鸟死亡，这种生物彻底灭绝。
但奇怪的是，渡渡鸟灭绝后，岛上独有的大颅榄树似乎患上了“不孕症”，再没有新生的大颅榄树幼苗。随着衰老的大颅榄树逐渐死亡，到20世纪80年代，毛里求斯仅剩13棵大颅榄树。科学家后来发现，渡渡鸟在以大颅榄树的种子为食的同时，也会帮助种子消化掉硬壳，这样种子才能发芽成长。少了渡渡鸟，大颅橄树自然会出问题。
好在科学家找到了可以帮助大颅榄树繁殖的其他方法。这件事给了人类一个教训：不同物种之间有着有机的联系，对自然界的肆意破坏，终会影响生态系统的整体平衡。
二、内共生——殊途同归
共生的结果是生物之间友好互助，彼此相互吸引，聚在一起。如果能更进一步，生物和生物之间可能就不只是相互帮助的关系了，甚至可以融为一体。内共生，就是融为一体的结果。
与无氧呼吸相比，有氧呼吸对能量的利用更加彻底和高效。无氧呼吸的基础是糖酵解，只能把糖类分解成丙酮酸，并进一步转化为酒精或乳酸，有很多的能量尚未释放出来。而有氧呼吸的基础是三羧酸循环，在三羧酸循环中，丙酮酸被彻底氧化分解，变成了CO2和H2O，释放出了大量的能量。显然，要想在进化中保持优势，有氧呼吸是生物必然的选择。
早期的真核生物没有有氧呼吸的能力，它们只能依赖糖酵解获取少量的能量，所以必须不断地大量吞噬细菌，以此来获取足够的营养。反倒是它所吞噬的细菌，是一种能进行三羧酸循环的细菌，这种原核生物对于有机物分解的能量利用效率，比它的天敌还要高。
生活本来是这样平淡无奇地进行着的：真核生物艰难地捕食和进行无氧呼吸;原核生物一边进行有氧呼吸，一边要逃避天敌的追捕——双方都活得好辛苦。
忽然有一天，很多亿年前的某一天，当真核生物吞食了某个细菌的时候，它发现，与其消化掉这点可怜的有机物，不如把它留下来当成一个工具，帮助自己进行有氧呼吸。于是，通过胞吞进入真核细胞的这个细菌，就成了真核细胞的一部分，它可以从真核细胞中获得营养物质，同时帮助真核细胞进行有氧呼吸，大大提升了整体的能量利用效率。在漫长的进化过程中，细菌的自主性逐渐减弱，受到了真核细胞的控制，变成了半自主性细胞器，它就是线粒体。
而叶绿体和线粒体相似——尽管两者功能截然相反，即一个进行物质的合成，一个进行物质的分解，但是两者都是半自主性细胞器。而叶绿体的出现，也和线粒体非常相似，只是时间略晚了一点。
历史总是惊人的相似。具有线粒体的真核细胞，原本是靠吞噬蓝藻为生的——蓝藻可以进行光合作用，产生有机物，自给自足，日子过得非常滋润;而真核细胞就只能靠夜以继日地吞噬蓝藻来维持生命。某一天，这些真核生物大概想起了过去的事情——我能“驯服”细菌，为什么就不能“驯服”蓝藻呢？
真核细胞吞下蓝藻，但是不消化它，让它在自己的细胞中进行光合作用，这样真核细胞就可以直接获得有机物，获得足够的能量了。至于怎么“驯服”它，随便给它点营养物就够了。真核生物果然都是“奸诈”的，于是它又把蓝藻纳入体内，在长期的进化过程中，蓝藻演化成了叶绿体。
而具有叶绿体的这些生物，后来进化成了植物;另一些不具叶绿体的生物，進化成了动物。动物和植物细胞的结构有很大差异，但有共同的起源——比如，他们都有相似的线粒体结构。
三、证据——愿得一人心，白首不分离
内共生这套理论在美国生物学家马古利斯1970年出版的《真核细胞的起源》中被正式、完整地提出，但是这真的是线粒体和叶绿体的起源方式吗？进化是个极其漫长的过程，无法通过实验的手段验证，但是线粒体和叶绿体的很多结构都间接地提供了证据，让人们确信线粒体和叶绿体起源于独立的微生物。
首先，线粒体和叶绿体最独特的特点，在于它们有自己的DNA，可以控制自己的蛋白质的合成，是半自主性细胞器。但是如果研究两者DNA的结构，会发现它们的结构和细胞核DNA的结构具有巨大的差异，但是和蓝藻、细菌的DNA却非常相似，这就是证明细胞器来源的一个直接证据。
其次，真核细胞的细胞质中有核糖体，这种核糖体有两个亚基，分别是40S和60S，而叶绿体和线粒体也有自己的核糖体，不过它们的核糖体亚基是30S和50S。为什么会不一样呢？也许你已经想到了，细菌和蓝藻的核糖体亚基也是30S、50S，说明线粒体和叶绿体的核糖体来自原核细胞，而非真核细胞。
最后，要说到线粒体和叶绿体标志性的两层膜的特性。只有这两种细胞器是双层膜细胞器，其他具膜细胞器一般只有一层膜。为什么线粒体和叶绿体有两层膜呢？科学家发现，两者的外膜和真核细胞的细胞膜比较相近，但是，两者的内膜和外膜差异很大，与原核细胞的细胞膜更加相似，这说明内膜来自原核细胞本身的细胞膜，而外膜则是胞吞时给细菌包上的。
尽管我们现在并不能通过实验再现线粒体和叶绿体的形成过程，但这些证据表明，线粒体和叶绿体也许是内共生的产物，是多种生物之间相互协调、共同生存的结果。它们就这样在漫长的进化过程中，相濡以沫，生生不息。
【小试牛刀】
内共生起源假说认为：线粒体和叶绿体可能分别起源于在原始真核细胞内共生的好氧细菌和蓝藻，在长期的共同进化中整合进入了真核细胞之中。研究也表明，叶绿体和线粒体都含有特有的核糖体，都具有相对独立的蛋白质合成系统。据此推断，下列说法不能较为准确地支持该假说的是（ ）
A.叶绿体和线粒体都具有双层膜结构
B.叶绿体和线粒体都具有环状DNA分子结构
C.叶绿体、线粒体和中心体都有一定的自我复制功能
D.能抑制原核生物蛋白质合成的氯霉素也能抑制线粒体和叶绿体的蛋白质合成
【参考答案】C