改寫演化史的兩種微生物：藍綠藻與紫色細菌10-14-2018

1. 遠古真核細胞，胞內共生變形菌門(proteobacteria)下的一支好氧細菌=紫色細菌(Purple bacteria)，此細菌細胞膜上，具有吸收光的細菌葉綠素複合體，電子 ... 2018年10月14日星期日 改寫演化史的兩種微生物：藍綠藻與紫色細菌10-14-2018 改寫演化史的兩種微生物：藍綠藻與紫色細菌    在漫長的演化歲月，一種微生物併入原核細胞或真核細胞，胞內共生的例子，似乎所在多有。

但因為胞內共生，而改變演化歷史的微生物，只有藍綠藻以及紫色細菌！                       一、藍綠藻(Cyanobacteria) 1. 大約在30億年前，藍綠藻演化出現在地球淺海地區。

在藍綠藻之前，地球上已經演化出現，數種能行光合作用之細菌。

但是牠們只演化出一套光合系統(光合系統I或光合系統II)，匯集的光能不足以光解水產生氧氣，只能光解硫化氫(H2S)產生S、2H+以及電子。

2. 畢竟已演化成功，懂得向太陽截取能量，這是一件了不起的創舉！值得一提。

3. 演化至藍綠藻，才同時演化形成，兩套光合系統(PhotosystemI&PhotosystemII)於藍綠藻的類囊膜。

匯集的光能足夠光解水(H2O)產生氧氣(O2)、2H+以及電子(e-)。

4. 當氧氣越來越多，引起氧氣大浩劫=大氧氣事件(TheOxygenCatastrophe=TheGreat OxygenEvent)，氧氣滅絕了當時地球上，幾乎99％的厭氧性微生物。

僥倖存活的，只能躲入動物的腸道中，或是一些極端惡劣的無氧環境。

圖01.當地球氧氣開始增加，引起氧氣大浩劫事件→約99％的地球生物滅絕；氧氣又與甲烷結合轉變成二氧化碳和水，大氣層中甲烷阻止熱逸散的效應消失→地球溫度降低，引起長達3億年的休倫冰河時期(HuronianGlaciation)。

圖片來源：http://www.physics-astronomy.com/2016/02/when-oxygen-first-developed-on-earth-it.html#.W7n4xvZuI2w 5. 大氣層越來越多的氧(O2)，與當時大氣層中的甲烷(Methane,CH4)結合，CH4+ O2—→CO2+H2O甲烷是很好的溫室效應氣體，溫室效應的能力是CO2的300倍。

大氣缺乏甲烷的保護層，地球的熱散逸到太空中，地球的溫度越來越低，引起長達3億年的休倫冰河時期(HuronianGlaciation,24億～21億)。

休倫冰河期（HuronianGlaciation）是地球最早也是持續最久的冰河期，橫跨古遠古代早期的成鐵紀和層侵紀（Rhyacian）。

由於大氧化事件，大氣層中的強溫室氣體——甲烷被光合作用排放的氧氣消耗殆盡。

更多的地表熱量以長波輻射的形式散逸到太空，造成地表溫度驟降。

曾經熾熱的地球表面第一次被冰雪覆蓋，直到3億年後，休倫冰河期才宣告結束。

文字來源：https://www.guokr.com/post/771829/focus/1604781139/ 6. 藍綠藻在演化上最重要的貢獻，是有些藍綠藻胞內共生(Endosymbiosis)形成葉綠體(Chloroplast)。

不管是浮游性植物(Phytoplankton)中的葉綠體、植物葉肉細胞中的葉綠體…源源不斷的向太陽攝取光能，光合作用(Photosynthesis)將空氣中的二氧化碳固定(CO2 Fixation)，轉變成葡萄糖等有機養分。

圖02.光合作用利用光能固定CO2產生葡萄糖(Glucose)。

圖片來源：https://blogs.scientificamerican.com/lab-rat/making-sugar-from-carbon-dioxide-the-calvin-cycle/ 圖03.胞內共生學說(EndosymbiosisTheory) 圖左下方的光合作用菌指的是藍綠藻—→藻類以及植物細胞之葉綠體。

圖左上方的細菌指的是紫色細菌—→真核細胞之粒線體。

圖片來源：https://www.slideshare.net/ribowsone/05-112659105 7. 除了深海的熱泉生態系(Hydrothermal ventecosystem)之外，葉綠體吸收的光能，是地球其他所有生態系能量的源頭，網友們能說這個貢獻不偉大嗎？ 二、紫色細菌(Purple bacteria) 1.  遠古真核細胞，胞內共生變形菌門(proteobacteria)下的一支好氧細菌=紫色細菌(Purplebacteria)，此細菌細胞膜上，具有吸收光的細菌葉綠素複合體，電子傳遞鏈(ETC)。

(請參考圖08.) 圖04.α-變形菌(α-Proteobacterium)中的紫色細菌，胞內共生形成了粒線體。

(變形菌門，分類上依據rRNA序列不同，分成α、β、γ、δ、ε五個綱) 圖片來源：http://www.fossilmuseum.net/Evolution/Endosymbiosis.htm 三、胞內共生理論(TheEndosymbioticTheory) 複雜的細胞是如何演化而來？-AdamJacobson (Howwethink complexedcellsevolved—AdamJacobson) 用別出心裁的方式，介紹胞內共生說，並提出三點證據： 1.   葉綠體、粒線體能自行分裂(二分法分裂跟細菌一模一樣)。

2.   環狀DNA；核醣體的大小，這兩點都與細菌相同。

3.   葉綠體、粒線體都具有雙層膜，外膜的磷脂、蛋白質構造與真核細胞相似；內膜的磷脂、蛋白質結構，則與藍綠藻、細菌相似。

需要的網友，請直接上YOUTUBE網站觀賞此短片，因為有中文(台灣)翻譯。

影片來源：https://www.youtube.com/watch?v=9i7kAt97XYU    圖05.α-變形菌(α-Proteobacterium)中的紫色細菌(purplebacteria)，胞內共生形成動物、植物、藻類、真菌、原生生物細胞內的粒線體(Mitochodria)。

藍綠藻(cyanobacteria)胞內共生形成植物、藻類細胞內的葉綠體(Chloroplast)。

藍綠藻具有類囊膜(thylakoid)，葉綠體也具有類囊膜。

圖片來源：https://slideplayer.com/slide/6026615/ 圖06.胞內共生說認為：紫色細菌(圖中的紫細菌,Purplebacteria)，併入遠古的真核細胞(AncestralEukaryote)形成粒線體。

光合自營菌(Phototrophicbacteria)=藍綠藻，併入藻類(褐藻、紅澡、綠藻)形成葉綠體，綠藻再演化形成植物。

圖片來源：http://serialendosymbiosis.blogspot.com/ Mitochondria,Chloroplasts,andtheEndosymbioticTheory (粒線體，葉綠體，以及胞內共生理論) 附上一些光學顯微鏡，以及穿透式電子顯微鏡(TEM)的照片，顯示這兩種胞器內部構造的真實性，並清楚說明兩種胞器內部構造的名稱。

影片來源：https://www.youtube.com/watch?v=fJ1_wqx3hjI&t=113s 圖07.紫色細菌(Purplebacteria)的光學顯微鏡照片。

紫色細菌於分類上屬於α-變形菌(α-Proteobacterium)。

圖片來源：https://endosymbiotichypothesis.wordpress.com/evidence-for-the-endosymbiotic-hypothesis/ 圖08.紫色細菌的光反應中心位於細胞膜上。

光反應中心與電子傳遞鍊(EletronTransportChain,ETC)的構造與粒線體相似。

LH—吸收光的細菌葉綠素複合體；RC—反應=激活中心 圖片來源：https://www.slideshare.net/raiuniversity/bsc-micro-ii-microbial-physiology-unit-1-bacterial-photosynthesis 2. 1973年發現，滴蟲細胞中不存在粒線體，而是由一種稱為氫化酶顆粒(Hygrogenosome)的胞器，產生ATP。

   (具有粒線體的細胞，1摩爾葡萄糖可產生36摩爾ATP；具有氫化酶     顆粒的細胞，1摩爾葡萄糖只產生4摩爾ATP。

) 圖09.氫化酶顆粒(Hydrogenosome)內缺乏克氏循環(Krebscycle)的酵素，無法進一步利用乙醯輔酶A(Acetyl-CoA)產生ATP。

圖片來源：https://slideplayer.com/slide/4627126/15/images/10/Biochemistry+of+the+hydrogenosome.jpg 3. 氫化酶顆粒的發現，代表粒線體不是真核細胞唯一的能源，也可說，演化過程併入真核細胞的發電廠，不僅只有一種！ 4. 粒線體在生態系的重要性，是將葉綠體形成的有機養分，葡萄糖等經由細胞呼吸形成ATP。

ATP是細胞甚至個體運作的能源，細胞呼吸也形成二氧化碳(CO2)，CO2又供給光合作用的暗反應合成葡萄糖，整個生態系的碳循環持續進行！ 5. 粒線體稱為發電工廠(The PowerHouse)；ATP稱為生物間的能量貨幣(The EnergyCurrency)。

圖10.光合作用(Photosynthesis)產生葡萄糖(Glucose)。

細胞呼吸(cellularrespiration)產生ATP。

ATP釋放的能量再來執行各種生理功能(e.g.肌肉收縮、腺體分泌、心臟收縮帶動的血液循環等)。

細胞呼吸產生的二氧化碳(Carbondioxide)，又在用於光合作用，構成生態系的碳循環。

圖片來源：https://slideplayer.com/slide/6026615/20/images/36/Fig.+6.2%3A+Nrg+flow+%26+chemical+cycling+in+ecosystems.jpg ATP-TheUniversalEnergyCurrency (ATP—宇宙間的能量貨幣) 標題訂得有點太誇張，但6分18秒的短片中，清楚地介紹了ATP的結構與功能。

影片來源：https://www.youtube.com/watch?v=Yyilyfjdwlk 張貼者： freak 於 凌晨12:34 以電子郵件傳送這篇文章BlogThis！分享至Twitter分享至Facebook分享到Pinterest 沒有留言: 張貼留言 較新的文章 較舊的文章 首頁 訂閱： 張貼留言(Atom) 總網頁瀏覽量 網誌存檔 ►  2020 (3) ►  四月 (1) ►  三月 (1) ►  一月 (1) ▼  2018 (105) ►  十一月 (7) ▼  十月 (24) RNA世界假說(RNAWorldHypothesis)10-31-2018 真核細胞隔間化(EukaryoticCellCompartmentation)10-3... 最接近真核細胞之原核細胞—洛基古菌(Lokiarchaeota)10-28-2018 8千6百萬年前深海沉積泥中的微生物10-26-2018 成年哺乳動物腦部神經元的新生(AdultNeurogenesis)？10-24-2018 神經管的發育；脊髓與腦的形成10-23-2018 脊索(notochord)與神經管(neuraltube)10-22-2018 最早的脊椎動物化石—海口魚(Haikouella)及昆明魚(Myllokumingia)... 植物的內在防禦機制(InternalDefensesmechanism)10-2... 植物的外在防禦機制(ExternalDefensesmechanism)10-18... 最大的單細胞生物—杉葉蕨藻10-17-2018 精彩的生物多樣性(Biodiversity)實例—巴西堅果、刺鼠、蘭花蜜蜂10-17-2018 寒武紀海洋中的奇蝦(Anomalocaris)擁有不可思議的複眼(compoundeye)... 史上最大的動物—藍鯨(BlueWhale)10-16-2018 改寫演化史的兩種微生物：藍綠藻與紫色細菌10-14-2018 四種能行光合作用(Photosynthesis)的動物？10-13-2018 海中水母大爆發(JellyfishExplosion)！10-11-2018 物競天擇適者生存的演化理論能適用到細胞層次嗎？10-10-2018 藍綠藻(Cyanobacteria)的結構及演化上的重要性10-08-2018 演化史上的氧氣大浩劫(TheOxygenCatastrophe)10-08-2018 面積可達到半個台灣大的牛奶海(TheMilkySea)10-06-2018 魚類的墳場—在海底綿延數百公里的海洋死區(DeadZone)10-04-2018 藍綠藻藻華(CyanobacteriaBloom)II10-02-2018 藍綠藻藻華(Cyanobacteriabloom)10-01-2018 ►  九月 (41) ►  八月 (33) ►  2017 (26) ►  八月 (1) ►  七月 (12) ►  六月 (2) ►  三月 (9) ►  二月 (2) ►  2016 (1) ►  十月 (1) ►  2015 (14) ►  九月 (2) ►  八月 (7) ►  六月 (2) ►  二月 (1) ►  一月 (2) ►  2014 (5) ►  十二月 (3) ►  四月 (1) ►  三月 (1) ►  2013 (32) ►  十二月 (1) ►  十一月 (6) ►  七月 (14) ►  六月 (2) ►  四月 (1) ►  三月 (5) ►  二月 (2) ►  一月 (1) ►  2012 (6) ►  十二月 (2) ►  八月 (2) ►  六月 (2) ►  2011 (6) ►  十一月 (4) ►  十月 (2) ►  2010 (4) ►  五月 (2) ►  四月 (1) ►  三月 (1) 追蹤者 關於我自己 freak 我曾任教於陽明大學，是一名教生命科學教了快三十年的老師，許多內容，班班相同，年年流轉，教了快三十年早已深植腦海中。

約8年前因病退出教壇後，發現有些生命科學的事已開始逐漸慢慢淡忘了，不由得想起麥克阿瑟將軍(GeneralMacArthur)的名言“Oldsoldierneverdie,theyjustfadeaway.”目前唯一沒變的是對生命科學的喜好與熱誠，有靈感時塗塗鴉一些心得和網友們分享這是Blogger的緣起。

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