从单细胞生命进化到多细胞生命需要多久？有什么历程？

"大多数专家都同意，单细胞生命起源于4.1-35亿年前，而多细胞生命的第一个复杂形式大约在6亿年前形成。 通常认为，在多细胞性的进化和传播之前，地球单细胞生命占据了超过20亿年的统治地位。"

鉴于宇宙大部分地区似乎是空的，生命被认为是稀有而奇妙的事情。地球是已知宇宙中唯一能够维持生命的行星。我们的星球大约有45.4亿年的历史，专家们相信，它的诞生大约花了5亿年的生命。基本的多细胞生命以蓝细菌垫的形式形成于35亿年前，而真正复杂的多细胞生命似乎发生于不到10亿年前。

显然，鉴于单细胞生命长期占据着地球的主导地位，因此单细胞生命是相当成功的，这引发了一些问题，即单细胞生命如何演变为多细胞生命？

早期单细胞生命

现在，有一些关于地球上生命起源的争论，估计范围从37.7亿年到45亿年前，距地球形成不到5,000万年！ 虽然时间可能不准确，但很少有人争论说，第一生命的形式存在于海洋深处的热液喷口中，因为生命的最早证据来自热液喷口的沉淀。这些最初的生命形式是简单的微生物，可能在海洋形成后立即出现。

但是，地球上生命的第一个无可争议的直接证据可以追溯到大约34.65亿年前的微生物化石，而早期的主张通常取决于生化过程中所涉及的物质的存在，尽管有机体本身还不存在。但是，已经发现的早期生命的直接例子已经显示出一些细胞的复杂性，包括包裹着产生蛋白质的DNA的细胞壁，因此，更原始的生命形式可能存在得更早。

基本上，从35亿年前开始，尽管在类似蓝藻类细胞中具有早期多细胞性，但单细胞生物仍占据统治地位，其中大多数是原核生物，直到真核生物（具有核，细胞器和更复杂功能的细胞）出现。 细菌和古细菌是出现的头两个生命领域，其次是Eukarya。 这些简单的生物能够维持自身的新陈代谢并独自生存，只需要一个细胞。 地球上仍然存在许多单细胞物种，包括细菌、浮游生物、变形虫、原生生物和一些真菌。

单细胞生命如何发展？

如前所述，蓝藻类细胞可能在35亿年前就已发展为多细胞性，但是最早的多细胞真菌实例是25亿年前，最古老的植物样化石可追溯到16亿年前，最早的动物化石出现在5.58亿年前。 一百万年前，多细胞植物是在4.7亿年前从藻类进化而来的。

专家的最佳猜测是，真核生物中的多细胞性进化了25个不同的时期，但是复杂的多细胞性仅在六个真核生物类中发展了起来，这些动物是动物，真菌，陆地植物，红藻，绿藻和褐藻。然而，多细胞生命发展的不同方式一直是争论的主题，暗示着整个生命历史中的各种途径可能导致更大的复杂性。

单细胞生物本质上是隐士，仅取决于自身及其通过裂变，出芽或有丝分裂而存活和繁殖的功能能力。然而，多细胞生物放弃了独立性，成为专门的细胞，与执行不同功能的细胞协同工作。像某些藻类一样，对于人类超过35万亿个细胞而言，是否只有几十个细胞，专用细胞之间的交流和共生相互作用的水平似乎远远超出了独立的单细胞生物。

然而，最初向多细胞性的飞跃可以用单细胞生物定殖的趋势来解释。我们一直在细菌、霉菌和真菌的菌落中看到这一点，单细胞生物形成群簇。 在某些情况下，这些细胞簇会演变出自己的特征和独特的方向，通常得益于资源的共享扩散，免受掠食或环境威胁的保护。 随着时间的流逝，这些集群已习惯于“群体生活”，而不再是完全自治的，而是依靠群体的其他部分来生存和发挥作用。

在实验室研究中，已经表明，仅改变单细胞生物中的少数基因可以促进简单的未分化多细胞性。 这种改变可以采取非常简单的形式，例如阻止细胞完全分离的突变，从而导致多细胞生物可以交流，共享资源并发展更大的专业化水平。

为什么花这么长时间？

单细胞和多细胞之间的这种"转移"似乎非常简单和直接，这就引出了这个过程是否容易逆转的问题，以及为什么更复杂的多细胞生命进化需要这么长时间。

就第一个问题而言，这个过程是否是可逆的，很难忽视指向单细胞和多细胞之间摇摆不定的研究，这取决于环境条件和物种的需求。然而，也有人认为，在某一点上，细胞群将永久适应多细胞生命——这个过程称为"细胞"，这将使（从基因上讲）无法回归到单细胞存在。

从这一点开始，进化只能朝一个方向移动——走向更高的复杂性。这方面的一个很好的例子是两种细胞类型的共生，每种细胞都会产生一种化合物，对于另一种细胞的生存至关重要。一旦这种关系建立并"编码"到细胞的基因组成，它们会做的更好在一起比分开，所以不会再返回单细胞。

最近的研究表明，在多细胞生物中发现的许多相同的遗传标记——那些负责关键蛋白质合成和复杂生物功能的生物——也存在于一些单细胞生物中。起初，这没有多大意义，因为复杂真核生物中的这些基因通常负责单细胞生物中不必要的功能。

然而，人们相信，随着时间的推移和空间，简单的生物体利用现有的基因用于新的目的，并找到了创新的方式，使用细胞内预先存在的功能。单细胞物种中可能存在的一些独特的功能或结构可能存在于多细胞生物体的两种不同专门细胞类型中，但这些早期的遗传标记仍然存在。

从基因上讲，这表明单细胞生物只是有一个不太复杂的机制来调节基因编码。单细胞生物通常拥有复杂的基因机制，允许它们打开或关闭基因，我们发现类似的转录因子在我们自己的DNA！

为了回答为什么复杂的多细胞生命进化花了这么长时间，我们需要考虑我们星球历史上的大部分环境条件。真核生物的蓬勃发展发生在大约25亿年前，比地球上的氧气水平大幅上升（24-2亿年前）高。虽然对于这种大量氧气的流入（俗称大氧化事件）存在一些争论，但大多数人赞同，作为副产品产生氧气的光合真核生物的兴起是主要原因。

氧气浓度的上升使好氧生物得以繁盛，这也支持了多细胞生命和更高的复杂性。在地球历史的早期，尽管存在着广泛的单细胞生命形式，但它们大部分都是厌氧的，包括最早的生命形式古细菌领域。当大气层变成富氧的大气层时，厌氧生物被迫撤退到厌氧环境中，而好氧生物（那些利用氧气通过细胞代谢产生能量的生物）和多细胞生物便自由地散布在整个星球上。除了三种微观海洋动物外，所有多细胞生命本质上都是好氧的。

鉴于我们现在已经了解了单细胞生命的早期历史，以及实现向多细胞生命飞跃的机制，我们在地球上看到的令人难以置信的生命形式和功能的多样性应该不足为奇。数十亿年前，这个星球上的每种生命形式都起源于一个共同的祖先，那就是一种单细胞生物，具有自己独特的遗传密码，可以将DNA转化为RNA成为蛋白质。从如此不起眼的单细胞起源，整个地球上的多细胞生命就进化了。

从单细胞到多细胞的惊人进化“跳跃”不仅发生了一次，而且可以追溯到遗传历史上数十次。简单的未分化多细胞生命的第一个成就发生在至少35亿年前，而复杂的多细胞性却在不同的真核生物王国中以不同的速率进化。这应该很好地提醒我们，进化的历史不是静态画面，而是延续到今天的动态力量！