跳动城乡网原核单细胞生物是现代细菌和古细菌的祖先，是我们星球上最古老的生命形式，首次出现于大约35亿年前。第一个真核细胞在大约1-15亿年后出现。然而，自那以后，真核细胞已经分化成我们每天在我们周围看到的许多复杂的多细胞生物——真菌、植物和动物——而原核生物显然仍然是单细胞的。
在地球生命史上，多细胞形态已经进化了50多次，涵盖原核和真核谱系。事实上，一些原核生物已经实现了多细胞性，例如，一些光合作用蓝细菌将劳动分配为两种细胞类型，其中一种细胞类型进行光合作用，而另一种细胞类型则固氮。与此同时，粘细菌形成多细胞子实体，作为其复杂生命周期的一部分。
然而，尽管一些原核生物已经通过这些多细胞生活方式避开了复杂的多细胞性，但没有原核细胞谱系能够像真核生物那样实现复杂的多细胞性——几种细胞一起工作并组织成更大的有机体。
事实上，复杂的多细胞生物只进化了五次，而且总是在真核生物中。这一观察结果揭示了进化生物学中的一个基本问题：尽管原核细胞具有复杂的细胞结构和行为，并且有足够的时间进化出复杂的多细胞性，但它们从未这样做过——为什么不呢?
多细胞性的遗传关键
关于为什么只有真核生物进化出复杂多细胞性的一种理论是，只有真核生物进化出了复杂多细胞性所必需的特性。真核细胞在很多方面与原核细胞不同——它们更大，具有更多数量的不同细胞器和封装的细胞核。
与原核细胞相比，真核细胞的形式和功能范围也令人震惊。其中包括硬壁植物细胞、细长的尖刺神经元和肠道壁上的纤毛细胞。
产生真核细胞中形式和功能的多样性需要特殊的机制，即复杂的遗传调控手段。细胞在发育过程中需要被分配其特定的角色。
在真核生物中，细胞中的DNA紧紧包裹在称为组蛋白的蛋白质周围，而组蛋白又被包装在一起形成称为染色质的结构。人们认为这些调节机制使真核生物在进化成复杂的多细胞生物方面占据了优势。
组蛋白的修饰可调节所有动物(包括最古老的海绵)发育过程中的基因表达。2017年，澳大利亚昆士兰大学的研究人员表明，一种海绵具有极其古老的调节景观，这种景观在其他进化得更晚的动物中也有发现。
海绵(Amphimedonqueenslandica)的形态非常简单。尽管如此，研究人员发现调节系统对于其他形态更复杂的动物的发育非常重要。其中一个称为多梳抑制复合物2(PRC2)，这是一组可以修饰组蛋白以沉默染色质部分的蛋白质。PRCs可以帮助细胞达到并坚持特定的形式，在分裂周期中发育成同一种细胞，这可能促进了复杂多细胞生物的进化。
扩展你的基因组，扩展你的形态
尽管如此，细胞特性可能并不是一切。新的研究表明，复杂多细胞生物的进化也可能归结为一种看不见但强大的力量：遗传漂变。每个种群都由同一物种的个体组成，但具有某些基因的变异。
不同基因变异的频率可以根据选择而变化，但也可能由于随机机会而变化。遗传漂变描述了这种随机变化，其影响在有效种群规模(产生下一代的个体数量)较低的较小种群中尤其强烈。
随着复杂多细胞生物的进化过程中单个细胞被分成细胞群，有效群体规模减小，从而增强了遗传漂变的影响。重要的是，原核生物和真核生物对漂移的反应往往不同。
原核生物的基因组在面对漂移时通常会收缩，部分原因是基因删除的内在偏见，而真核生物则相反。在真核生物中，漂移通常会导致基因组扩展，从而将整个DNA片段添加到基因组中。原核生物也可能因漂移而积累基因，但这些通常是假基因——看起来像基因的DNA片段，但实际上并不编码蛋白质。
基因组扩张可以成为进化的强大驱动力，因为它扩大了可以尝试进化创新的遗传沙箱。研究人员以蓝细菌为例;它们由一组细菌组成，其中一些成员通过一系列关键的适应进化出了简单的多细胞性。
他们发现近200个蓝藻物种的多细胞适应数量与基因组大小之间存在很强的正相关性，这表明较大的基因组对于蓝藻的多细胞性非常重要。
除了多细胞适应与基因组大小之间存在很强的正相关性外，研究人员还发现，与单细胞物种相比，多细胞蓝细菌的假基因数量增加了一倍多。这表明，由于多细胞适应，它们的基因组可能正在经历漂移引起的侵蚀，这对于蓝细菌等原核生物也是如此。
尽管已经提出了许多假设，但仍然不完全清楚为什么只有真核生物进化出了复杂的多细胞性。此外，漂移引起的基因组侵蚀是否是原核生物多细胞进化不可逾越的障碍也不得而知。
总而言之，我们对于真核生物如何以及为何进化复杂的多细胞性，以及哪些特征对于主要形态转变最重要，还远未有基本的了解。然而，这些仍然是进化生物学中令人着迷的问题，因为答案可以让我们一睹数亿年前导致我们自己起源的事件。
