生命演化的關鍵躍進：科學家破解真核細胞起源之謎

一項發表於《美國國家科學院院刊》(PNAS)的突破性研究，由來自德國美因茨、西班牙瓦倫西亞、馬德里以及瑞士蘇黎世的四位資深科學家組成的國際團隊共同完成，揭開了地球生命演化史上最重大的躍進之一——真核細胞的起源。

雖然內共生學說（主張真核細胞源自古菌與細菌的融合）已被廣泛接受，但由於該事件發生在數十億年前，導致在通往真核生物的系統發育樹中幾乎看不到任何過渡形態。這個缺失的環節被稱為生物學核心的「黑洞」。

研究團隊結合理論與觀測方法，定量解析了生命如何透過基因架構的轉變來實現複雜度的大幅提升。美因茨大學代表穆羅博士解釋，他們分析9,913個蛋白質組和33,627個基因組後發現，蛋白質及其對應基因的長度在整個生命樹中都遵循對數常態分佈。

馬德里理工大學的盧克博士指出：「只要知道某物種蛋白質編碼基因的平均長度，就能計算出該物種內基因長度的完整分佈。」研究顯示，當平均基因長度達到1,500個核苷酸時，蛋白質會與基因增長的乘法過程脫鉤，並在真核細胞出現後穩定在約500個胺基酸。

瓦倫西亞大學的巴列斯特羅斯博士表示，關鍵現象分析證實，在1,500個核苷酸的臨界基因長度處發生了相變——這在磁性材料物理學中已有深入研究。這個相變標誌著真核生物的誕生，並將生命演化劃分為兩個截然不同的階段：編碼階段（原核生物）和非編碼階段（真核生物）。

蘇黎世大學的巴斯康普特教授補充道：「這種相變具有演演算法特性。」在接近最後共同祖先(LUCA)的編碼階段，增加蛋白質和基因長度在運算上很簡單；但隨著蛋白質變長，搜尋更長蛋白質變得不可行。這種張力最終透過將非編碼序列納入基因而獲得解決。

這項跨領域研究結合計算生物學、演化生物學和物理學，不僅解答了根本問題，更為探索能量或資訊理論等新研究方向奠定基礎。真核細胞的出現是地球生命演化史上複雜度最大的躍進，它作為一種相變現象，開啟了通往多細胞生物、有性生殖和社會性行為等重大轉變的道路。