构成动植物的复杂细胞之所以今天能够生存，是因为它们的祖先与细菌建立了伙伴关系。在我之前的一篇文章中，我写了一种叫做Hatena的微生物，它让我们得以一窥这种联盟的早期阶段可能是什么样子。Hatena吞噬了一种藻类，该藻类成为其身体的一个组成部分。
数百万年前，复杂细胞的祖先也做了同样的事情，吞噬了细菌并与它们融合，形成了一个单一的生物。如今，这些整合的细菌就是线粒体，为我们提供能量；植物中的叶绿体则使植物能够进行光合作用。Hatena及其藻类伙伴向我们展示了这种重要联盟的早期步骤可能是什么样子。现在，另一种细菌——Carsonella ruddii（卡森氏菌）——则代表了其后期的发展阶段——基因转移。
通常情况下，寄宿细胞会将部分遗传物质转移给宿主。它获得了永久的食宿，可以摆脱曾经对其自由生存而言必不可少的过剩基因负担。这正是Carsonella（卡森氏菌）所做的，但它将这一过程推向了极端。它转移了如此多的基因，以至于现在拥有所有细菌中最小的基因组，并且绝对无法在宿主之外生存。
Carsonella（卡森氏菌）生活在吸食植物汁液的昆虫体内，为它们提供饮食中缺乏的营养。日本理化学研究所的Atsushi Nakabachi及其同事发现，卡森氏菌非常微小，其全部基因组仅占16万个碱基对（相比之下，人类约有30亿个）。
太小而无法独自生存
此前，科学家们曾认为细菌至少需要40万个碱基对的基因组才能生存。少于此数量，它们甚至无法执行最基本的生物功能，事实上，Carsonella（卡森氏菌）也无法做到。许多对普通细菌至关重要的基因已从其基因组中消失。
在剩余的少数基因中，有一半致力于最基本的细胞过程——处理氨基酸，并将它们构建成蛋白质。植物汁液中缺乏一些必需氨基酸，因此，很可能这些基因仍然存在是为了服务于宿主昆虫，而不是细菌本身。
Carsonella（卡森氏菌）不仅将基因缩减到最基本的需求，而且其基因组的排列也异常高效。其基因中有十分之九相互重叠，并覆盖了其基因组的97%。相比之下，人类在基因包装方面则显得更为随意，约98%的基因组由所谓的“垃圾DNA”组成。
这种基因精简化的结果是，这个生物体完全无法独立生存。Carsonella（卡森氏菌）在进化道路上已远至成为其宿主细胞的必要组成部分，完全失去了独立性。这有力地支持了现代线粒体和叶绿体以相同方式进化的观点。
当今细胞的这些基本组成部分拥有自己大大缩减的基因组，它们所需的大部分基因由宿主存储和部署。尽管它们放弃了独立性，但它们对宿主的重要性与宿主对它们的重要性同样不可或缺。
参考文献：Nakabachi, A., Yamashita, A., Toh, H., Ishikawa, H., Dunbar, H.E., Moran, N.A., Hattori, M. (2006). The 160-Kilobase Genome of the Bacterial Endosymbiont Carsonella. Science, 314(5797), 267-267. DOI: 10.1126/science.1134196
