第四章 複雜細胞——命運的邂逅2

第二類理論全都可以歸入“命運邂逅”的大旗下。這些理論都假設兩種或多種原核細胞間有某種程度的協作，最終進化成一個彼此緊密相連的細胞群落——一個嵌合體。但如果一個宿主細胞本身不是吞噬細胞，而是帶有細胞壁的古細菌，那最大的問題就是，其他細胞是如何進去的？這一派的支持者，代表者有琳恩·馬古利斯和馬丁(我們在第一章介紹過他)，提出很多種可能。比如馬古利斯就指出，某些掠食性細菌可以強行在其他細菌身上打洞穿入(確有實例)。而馬丁則主張另一種細胞間互惠代謝式的生活形態，他說，不同細胞之間交換彼此所需的代謝材料。[6]然而在這種情況中還是很難想象，沒有吞噬作用的話一個細胞如何能夠進入另外一個細胞？馬丁舉出了兩個例子，指出這可以在細菌之間發生(見圖4.5)。

命運邂逅假說基本上是非達爾文式的，因為它並非累積一連串的小變異來進化，而主張相對劇烈的結合產生新個體。最關鍵的部分是，它假設所有真核生物具有的特質都是命運邂逅的結果。這些互相合作的細菌本身是百分之百的原核生物，沒有吞噬作用，沒有**，沒有機動性的細胞骨架，沒有細胞核之類的東西。這些特質隻有在某些結合之後才會出現，暗示結合過程本身有某些特別之處，可以讓結構保守、從不改變的原核細胞，轉型成為完全相反的高速拚裝車，變成不斷變化的真核細胞。

圖4.5　生活在其他細菌體內的細菌。許多γ-變形菌(淺灰色)生活在幾個β-變形菌(深灰色)體內，然後全部都在同一個真核細胞體內，圖中央偏下處為真核細胞帶有斑點的細胞核。

但是我們怎麽有辦法檢驗這兩種可能性？之前我們已經提過，靠真核標誌基因是辦不到的。我們怎麽知道這些特質是40億年前還是20億年前進化出來的，是在細胞有了線粒體之前還是之後進化出來。即使從原核生物那半邊得來的緩慢進化基因也不可靠，依然要看我們選哪一個基因。如果我們采用烏斯的rRNA生命樹，那數據就適用於原始吞噬細胞假說。因為在烏斯的生命樹模型裏，真核細胞與古細菌是“姐妹群”，有一個共同的祖先，它們來自“同樣的父母”。也就是說，真核細胞並不是從古細菌進化來的，而是平輩關係。在這個模型裏幾乎可以確定共祖是某個原核細胞(否則的話隻能是所有的古細菌都遺失了它們的細胞核)。但除此之外，其他就沒有什麽事情是確定的了。至於真核細胞是否在吞入線粒體之前就已經變成原始吞噬細胞，對於這個推測則完全沒有基因上的證據。

如果我們選擇更多的基因來繪製一株較複雜的生命樹，那真核細胞和古細菌之間的平輩關係就不存在了，看起來反而像真核細胞來自古細菌，雖然具體來自哪一株還不清楚。我前麵提過的用了5700個基因繪出超級生命樹的研究，是現今最大規模的研究，結果顯示最早的宿主細胞確實是古細菌，或許和現代海底熱泉附近的古細菌有密切關聯。這意味著最早的宿主細胞很可能是古細菌(也就是原核細胞，沒有細胞核、**、活動細胞骨架、吞噬作用等等)，那它一定不會是原始吞噬細胞。那命運邂逅假說就一定是對的，真核細胞來自原核細胞形成的聯盟。原始吞噬細胞從來就不存在，找不到它存在的證據，反過來就是它不曾存在的證明。

然而到目前為止這也不像最後的答案。事實上，這一切都依賴我們用來分析的菌種和所選擇的基因，以及篩選的條件。每次參數一改變，生命樹的長相與分支模式就會一起改變，在統計學前提、原核細胞間平行基因轉移或其他未知的因素之間打轉。這種情況到底會因為有更多數據而好轉，或者根本就不是遺傳學所能回答的(就像是生物學界的不確定原理，越接近事實就越模糊)，大家都還在猜測。但是如果遺傳學真的沒有辦法解決問題，難道我們要永無止境地陷在這種對立科學家互相攻訐的泥沼中嗎？一定有別的出路。

所有的真核細胞若不是保留著線粒體，就是曾經擁有線粒體。很有趣的是，所有的線粒體至今都扮演著線粒體的角色，也就是說，在功能上利用氧氣來產生能量，同時保有一小部分基因，這一小撮基因是它們的前世記憶，前世中它們還是獨立生活的細菌。我認為這一小撮基因其實正藏著真核細胞最深的秘密。

真核細胞在過去20億年間不斷分異，在這段時間內它們都遺失了線粒體基因。總計來說大約有96%~99.9%的線粒體基因都不見了，或許有大部分被轉移到細胞核裏，不過沒有任何一個線粒體，可以丟掉所有的基因而不失去利用氧氣的能力。這並不是隨機現象。把所有的基因轉移到細胞核裏，其實非常合理，因為當99.9%的基因在細胞核裏都有備份的時候，又何必在細胞各處，同時存放數百個一模一樣的基因？而且保有全部基因也代表著，要在每個線粒體裏麵，都存放讀取基因以及把基因轉換成蛋白質的整套機器。這種揮霍的行為應該會惹火會計師，而自然選擇應該可以算是會計師的始祖守護神。

線粒體其實也不是存放基因的好地方。它經常被稱為細胞的發電廠，事實上，這小名非常恰當。線粒體會在膜的兩側產生電位差，利用厚約百萬分之幾毫米的薄膜，可以生成幾乎和閃電一樣大的電壓，是家用電路的好幾千倍。在這個地方存放基因，有如把大英圖書館最最珍貴的書籍放在一座發電廠裏。這個缺點並不隻是理論推測，事實上，線粒體基因突變的速度確實要比細胞核裏的快得多。把酵母菌作為實驗模型可證明，線粒體基因突變率快了差不多一萬倍。撇開這些細節不管，最重要的是兩者(細胞核和線粒體)的基因運作一定要配合得天衣無縫。因為真核細胞要產生高壓電，需要這兩組基因轉譯出來的蛋白質。如果它們不能互相配合，那後果將是死亡，不隻是細胞死亡，個體也會死亡，所以兩者一定要順利合作一起產生能量。既然合作失敗會導致死亡，偏偏線粒體基因突變的速率又比細胞核裏的快一萬倍，這就讓密切合作變成了不可能的任務。而線粒體中還保留的這一小撮基因絕對是真核細胞最罕見的特征。如果把這種現象僅當作一種怪癖而忽略它，就好像教科書都做的那樣，就等於對地球上的珠穆朗瑪峰視而不見。如果剔除所有的線粒體基因有好處的話，那自然選擇毫無疑問會這樣篩選，或至少會產生一個這樣的物種。但自然沒有這樣選擇，因此這些被保存下來的基因一定有它們的理由。

那線粒體到底為什麽要留下部分基因呢？根據艾倫的猜想(在第三章討論光合作用時，我們介紹過這位充滿想象力的科學家)，答案就是為了控製呼吸作用。除此以外，別無其他。呼吸對每個人來說都有不同的意義。對一般人來說，呼吸就是吸氣吐氣。然而對於生物化學家來說，呼吸標示著細胞等級的吸氣吐氣，代表了一係列細致的生物化學反應，讓食物和氧氣反應去產生強如閃電的內在高電壓。我想不出來還有哪一種自然選擇壓力會比保有呼吸作用更迫切，從分子角度來看，呼吸作用對於細胞而言也一樣重要。使用氰化物這種東西可以阻斷細胞的呼吸作用，讓細胞停止工作，速度比在頭上套塑料袋快多了。不過就算在正常工作的情況下，細胞也要依照細胞的能量需求來微調呼吸作用。艾倫想法中關鍵的一點就是，用這種微調方式供應能量，細胞需要不間斷地做出反應，而這隻能通過區域性的基因調節才能做到。就好像戰場上把軍隊調出去之後，就不再由中央政府遙控指揮。同理，細胞核也不適合去指揮細胞中數百個線粒體該工作快點或慢點。

艾倫的想法未經證實，不過有人正在尋找相關證據。如果他是對的，那將有助於解釋真核細胞的進化。如果真核細胞真的需要遍布四處的基因來控製呼吸作用，那就是說大而複雜的細胞無法自行調節呼吸作用。現在來想想細菌和古細菌會麵臨的選擇壓力，它們兩者產生ATP的方式和線粒體一樣，也是利用一道薄膜產生電壓。不過原核細胞隻能利用細胞外膜，可以看作它們是利用皮膚在呼吸，這就限製了細胞的尺寸。為什麽會限製尺寸？我們可以用削馬鈴薯皮作為例子。如果要獲得一噸重的馬鈴薯肉，你一定會挑最大的來削，因為這樣才能削最少的皮就得到最多的馬鈴薯肉。相反，削小號馬鈴薯則會削出一大堆皮。細菌就像馬鈴薯一樣，它們用皮膚呼吸，長得越大相對皮膚越少，就越難呼吸。[7]

原則上，細菌可以借由向內延伸產生能源的膜來解決呼吸不足的問題，而在某種程度上它們確實這樣做了。如同我們前麵提過，有些細菌帶有內膜，讓它們外表看起來像真核細胞。然而細菌沒有繼續發展下去，就算是一般的真核細胞用來產生能量的內膜，比起最厲害的細菌也要好上幾百倍。這如同所有其他的細胞特質一樣，細菌有往真核細胞的方向發展的趨勢，但是很快就停滯了。為什麽呢？我猜這是因為細菌無法控製更大範圍的內膜呼吸作用。要這麽做的話細菌必須分出好幾組基因，如同放在線粒體裏的基因一樣，這絕對不是件簡單的事。所有細菌麵臨自然選擇壓力采取的策略，比如快速繁殖、丟掉大部分基因隻保留最基本的，都不允許細菌往更複雜的方向發展。

但是這些卻正好是成為吞噬細胞的條件。吞噬細胞必須夠大才能吞入其他細胞，它需要非常多能量才有辦法四處移動，改變形狀，吞下獵物。問題就在這裏，當細菌變得更大時，它自身消耗越大，也就越無法提供多餘的能量用在四處移動與改變形狀上。我認為小型細菌很有可能因為其設置更適合快速繁殖，所以在能源競爭上處處贏過大細菌，讓大細菌沒有充足的時間好好發展各種所需技能，所以最終沒有成為吞噬細胞。

不過“命運邂逅”假說就完全是另外一回事了。在此模式中兩種原核細胞以互惠互利的方式和諧地生活在一起，為彼此提供所需的服務。自然界中這樣的共生關係在原核細胞群裏非常常見，更像一般規律而非例外。比較罕見的(但是仍有被報道過的)反而是一個細胞吞下另一個。不過一旦吞進去之後，整個細胞(包含住在裏麵的細菌)就會一起進化。它們仍然像以前一樣各取所需，但是其他多餘的功能則會漸漸消失，直到被吞入的細菌最後隻為宿主細胞提供某項特定服務。在細菌變成線粒體的例子裏，提供的服務就是生產能源。

線粒體帶給細胞最大的禮物，同時也是讓細胞快速進化的關鍵，就在於它們帶來早已準備好的可以製造能量的內膜，以及整套可以就地調節呼吸作用的基因。隻有當細胞裝備了線粒體之後，它才可能升級為大而活躍的吞噬細胞，而免於因為過多的能量消耗而畏首畏尾。如果上麵的推論都正確，那麽缺少線粒體的原始吞噬細胞應該不曾存在，因為沒有線粒體就不可能有吞噬作用。[8]兩個細菌之間的結盟，可以解除細菌永遠隻是細菌的禁錮。一旦這道禁錮解除，細菌就可能開啟一種全新的生活方式，也就是吞噬作用。真核細胞隻進化過一次，正是因為兩種原核細胞間的結盟關係，也就是一個細胞進入另一個細胞的結盟方式，實在是太罕見了，這是如假包換的“命運邂逅”。所有現在我們珍視的生命特征，所有世上奇妙美好的萬物，其實都源自一次同時包含了偶然與必然的事件。

在本章開始之初我曾提過，隻有當我們領悟了用來定義真核細胞的特征——也就是那個細胞核的重要性時，我們才有可能了解或解釋真核細胞的起源。現在作為本章的結尾，是時候來談談細胞核了。

圖4.6　核膜的構造，圖中顯示核膜會與細胞裏其他膜狀構造連接在一起(特別是內質網)。核膜就是由這些囊泡結合在一起形成的。核膜在結構上和任何細胞外膜都沒有相似處，這表示核膜並不是來自生活在一個細胞裏的另一個細胞。

科學家對細胞核的起源，就像對細胞本身的起源一樣，也有著各種理論和想象，從最簡單的，比如細胞膜上冒出了一個小泡，到複雜的，比如來自一個被吞入的細胞。不過大部分的假設往往在一開始就被摒除了。比如說，大部分的理論首先就與核膜的結構不符。細胞核膜並不像外麵的細胞膜那樣是一整片連續而平滑，它比較像一堆被壓扁的小囊，連接著細胞裏麵其他的膜狀構造，同時上麵還布滿謎一般的孔洞(見圖4.6)。剩下的理論也無法解釋為什麽細胞有核會比沒有核要好。最標準的答案就是細胞核可以“保護”基因，但接下來的問題就是，從誰手裏保護？小偷還是強盜？如果說細胞核真的有某些普遍性優勢，比如說讓基因免於傷害，那為什麽細菌從來就沒有發展出細胞核呢？而我們已經提過有些細菌也發展出內膜構造，應該可以當作細胞核來用。

既然現在還沒有任何確切的證據，我要在這裏介紹另一個優秀而充滿想象力的假說，這是我們在第二章介紹過的天才雙人組——馬丁和庫寧提出的。他們的假說解釋了兩個問題，一個是解釋了為什麽一個嵌合體細胞會需要進化出細胞核，特別是這種一半細菌一半古細菌的嵌合體細胞(我們剛說過這最有可能是真核細胞的始祖)。該假說同時也解釋了為什麽幾乎所有的真核細胞的核裏，都塞滿了一大堆毫無用處的DNA，而不像細菌那樣簡潔。我認為我們需要尋找的正是這種想法，盡管它未必正確，但是它確實提出了許多原始真核細胞會麵臨的問題，而它們一定要想出解決辦法才行。他們的假說好似在科學裏麵加了些魔術，我希望他們是對的。

馬丁和庫寧思考的，正是真核細胞“支離破碎的基因”這令人費解的結構，可以算是20世紀生物學上最讓人驚訝的事情之一。真核細胞的基因不像細菌的基因排列連續又有條理，它們被許多冗長的非編碼序列分割成為一小段一小段。這些非編碼序列又稱為內含子，關於它們的進化曆史，長久以來一直困擾著科學家，直到最近才有了新的發現。

雖然各個內含子之間有許多差異，不過現在通過辨認共有序列，我們了解到它們的來源都是某一種跳躍基因，這種基因會瘋狂地複製自己，然後感染其他基因組，是一種自私的基因。它們的把戲其實也很簡單，當一個跳躍基因被轉錄成為RNA時(通常是插在其他序列裏麵被一起讀出)，它會自動折成特殊的形狀，變成RNA剪刀，把自己從長段序列上剪下來，接著以自己為模板，不斷地把自己複製成DNA。這些新的DNA序列隨後或多或少地會被任意插回基因組，變成自私基因的眾多複製品。跳躍基因有很多不同的種類，但都是類似模式的變形。人類基因組計劃和其他的大型基因組測序計劃，都可以證明這些跳躍基因在進化上的成功實在讓人驚歎。人類基因組幾乎有一半都是跳躍基因或其衰退的(突變的)殘片，總計來說，人類全部的基因裏大致有三類自私的跳躍基因，不管是死是活。

就某方麵來說，死掉的跳躍基因(就是突變到一定的程度然後完全失去功能，因而無法跳躍)比活著的跳躍基因危害更大。因為活著的跳躍基因至少會把自己從RNA序列上切下來，而不至於造成任何實質上的傷害。而死掉的基因呢？它不會切掉自己，隻會阻礙正常程序。如果這段基因不會切掉自己，那宿主細胞就要想辦法除去它，不然它會進入蛋白質製造程序，從而引發大災難。早期真核細胞剛進化出來的時候，確實發明了一些機製來切掉不想要的RNA。這些機製很有趣，細胞其實隻是利用跳躍基因自己的RNA剪刀，然後包上一些蛋白質就成了。所有現存的真核生物，從植物到真菌到動物，都在使用這些古老的剪刀，來切掉不想要的非編碼RNA序列。因此，現在我們看到了真核細胞裏麵極為怪異的情況就是，真核細胞的基因組裏綴滿了自私的跳躍基因製造出來的內含子。每一次細胞讀取一個基因的時候，就用從跳躍基因那裏偷來的RNA剪刀，把這些不要的片段從RNA序列上剪掉。問題是，這些古老的剪刀速度有些緩慢，而這正是細胞需要細胞核的原因。

原核細胞無法忍受跳躍基因或內含子。原核細胞的基因和製造蛋白質的整套機器之間並沒有區隔。在沒有核的情況下，製造蛋白質的小機器(核糖體)直接和DNA混雜在一起，基因在被轉錄成RNA的同時也被轉譯成蛋白質。問題就是，核糖體轉譯蛋白質的速度奇快無比，但是RNA剪刀切掉內含子的速度卻比它慢，當剪刀正在剪內含子的時候，細菌的核糖體早就製造出好幾套因夾雜內含子而功能不良的蛋白質了。細菌如何讓自己免受跳躍基因和內含子之害，至今仍不清楚細節(或許是通過整個族群的負選擇)，但是事實是它們辦到了。大部分的細菌幾乎都剔除了所有的跳躍基因和內含子，隻有少數細菌(包含線粒體的祖先)還帶有一些。這些細菌的基因組裏麵，大概隻有三十幾個跳躍基因，相較之下真核細胞的基因組裏，可是有上千到上百萬套亂糟糟的跳躍基因。

真核細胞的嵌合體祖先似乎屈服於來自線粒體的跳躍基因大肆入侵。這樣說是因為看起來事情就是如此。真核細胞裏的跳躍基因，在結構上和細菌體內發現的少數跳躍基因十分相似。特別是絕大部分真核生物相同基因的內含子，都插在同一個位置，從變形蟲到薊花是如此，從蒼蠅、真菌到人類亦是如此。根據推測，這很有可能是早期跳躍基因入侵時，不斷地複製自己散布到全基因組中，但是後來因漸漸衰退而死去，結果就在真核細胞共同祖先的基因組裏留下了這些固定的內含子。但是為何當初跳躍基因會在早期的真核細胞裏造成這種大混亂呢？一個可能的原因是，當初細菌的跳躍基因在古細菌宿主體內四處跳來跳去的時候，古細菌宿主細胞根本無法處理這些東西。另一個原因則可能是早期嵌合體細胞族群還太小，無法像大型細菌族群那樣利用負選擇來淘汰有問題的個體。

不管原因是什麽，最早的真核細胞始祖現在要麵臨一個難解的麻煩。它被大量的內含子侵擾，而且因為RNA剪刀切去它們的動作不夠快，很多內含子已經製造出一堆蛋白質了。這不一定會造成細胞死亡，因為無用的蛋白質最終會被分解掉，而慢速剪刀最終也會完成工作，讓細胞開始製造好的蛋白質。不過就算不會造成死亡，也必定是極為可怕的災難。而解決之道就在眼前。根據馬丁與庫寧的想法，要重建秩序最簡單的方法，就是確保RNA剪刀有足夠的時間，可以在核糖體開始製造蛋白質以前把工作做完。換句話說，就是要確保帶著內含子的RNA，會先經過剪刀處理，然後才送給核糖體。對細胞而言，隻要區隔體內空間，把核糖體和鄰近的DNA分開，就可以爭取到足夠的時間。用什麽來分區呢？就用有洞的膜!隻要征召現成的膜把基因包在裏麵，然後確保上麵有足夠的孔洞可以把RNA送出去，這樣一切就完美了。因此，用來定義真核細胞的那個細胞核，並不是為了保護基因而產生的，根據馬丁與庫寧的說法，那是用來屏蔽細胞質裏的蛋白質製造工廠的。

這個解決之道看起來是有點粗暴，但是它馬上就體現出優勢了。一旦跳躍基因不再構成威脅，內含子就變成一個好東西。一個原因是，它讓基因以新鮮的方式組合，拚貼出各種有潛力的蛋白質，而這正是現在真核細胞基因的一大特色。如果一個基因被內含子分隔成五段，隨著剪切內含子方式的不同，我們可以用同一個基因做出好幾種相關蛋白質。在人類基因組裏麵大約隻有2.5萬個基因，用這種方法卻可以做出至少6萬種不同的蛋白質，多麽豐富的變化呀!如果說細菌是終極保守者，那內含子就讓真核細胞變成激進的革命者。

跳躍基因帶來的第二個好處，就是幫助真核細胞擴充它的基因組。一旦適應了吞噬細胞的生活形態，真核細胞就擺脫了細菌時代那永無止境的勞役狀態，不必為快速繁殖持續瘦身。真核細胞不再需要和細菌競爭，它隻要在閑暇的時候吃一下細菌，消化它們即可。一旦不需要快速繁殖，真核細胞就可以開始累積DNA，直到難以想象的複雜度。跳躍基因幫助真核細胞擴充的基因庫，比細菌多了數千倍。雖然大部分的DNA和垃圾沒什麽兩樣，有一些卻可以成為新的基因或成為調控基因。之後複雜性的增加，隻不過是擴充基因庫不可避免的副作用。

如此下去複雜世界或人類意識之類的東西幾乎勢在必行。世界從此一分為二，既有永恒的原核細胞也有繽紛的真核細胞。從一個轉型到另外一個的過程不太像漸進式進化，並非由無限的原核細胞族群嚐試各種可行的變化，慢慢累積而成。當然龐大的細菌族群仍然在探索各種可能的生存之路，但是囿於能量和尺寸不能兩全，它們永遠都是細菌。隻有偶爾發生的罕見事件，讓兩個原核細胞互相合作，一個住在另外一個裏麵，才可以打開這個死結。這是一場意外。新誕生的嵌合體細胞也會麵臨一堆問題，但也獲得了寶貴的自由。這是不必擔心能源不足而縮手縮腳的自由，這是變成吞噬細胞打破細菌生命輪回的自由。在麵對跳躍基因大感染之時，細胞無意間找出的解決方案，不隻做出了細胞核，同時還讓它們傾向搜集DNA，經過無限的重組，造就了我們四周神奇的生命世界。這又是另一個意外。這個了不起的世界，似乎就是兩個意外的產物。命運之絲如此脆弱，我們何其有幸存在於此。

[1]當你讀此書之時，Windows XP對你來說或許已經和Windows 286是差不多的東西了。這套係統一定會消失，會被更複雜的係統(但一樣不穩定，易被病毒攻擊)取代。

[2]這並不是說細菌裏麵就沒有同等的基因。舉例來說，組成細菌細胞骨架的蛋白質明顯和真核細胞的有關，因為它們的物理結構是如此相似，可以在空間上重疊。但是盡管如此，它們的基因卻早就變異的毫無相似性。如果隻考慮基因序列的話，那細胞骨架算是真核細胞獨有的。

[3]烏斯堅持認為由rRNA建立的生命樹，才最具權威性，因為核糖體小單元的基因(譯注：核糖體是由大小兩個單元組合而成)，不隻進化緩慢，且完全沒有經過水平基因轉移。這個基因隻垂直傳遞，也就是說，隻由親代傳給子代。然而這不全對，因為科學家還是發現某些細菌的rRNA基因會水平轉移，比如淋球菌。這種現象在進化過程中有多頻繁，那又是另一個問題了。要知道答案，也唯有利用其他更精確而“一致不變”的基因來繪製別株生命樹來比較。

[4]這是分子版本的關於身份認同的老掉牙的哲學問題：如果我們全身上下所有的部分都被換掉，隻保留一小部分負責記憶的大腦，那還能保有對“自我”的認同嗎？又如果我們的記憶被移植到別人身上，那他們會自認為是“我”嗎？細胞就像一個人，也是由許多部分組成的整體。

[5]在進化中，當然兩者都會發生，而且它們也並不互斥。其實這個問題可以簡化成，你用世代交替的眼光還是用亙久的地質時間來測量改變的速度。大部分的突變都是有害的，所以會被自然進化剔除，因此隻剩大同小異的東西會被留下來，除非環境發生變化(比如說，大滅絕)才會改變現況。從地質時間的眼光來看，這些改變可以非常快速，但是在基因層級上調節它們的過程卻一模一樣，而且從世代交替的角度來看，一代一代的變化仍然十分緩慢。其實災難比較重要還是漸進的改變比較重要，有很大一部分取決於研究者的性格──看他是不是個激進革命者。

[6]生化學家馬丁與米克洛斯·繆勒一起提出了“氫氣假說”來解釋這種關係。他們認為可能是一種依賴氫氣與二氧化碳而生存的古細菌，與另一種可以用呼吸作用或發酵作用產生氫氣與二氧化碳的細菌(依環境決定呼吸還是發酵)，兩者間建立某種協作關係。根據他們的假設，這個多才多藝的細菌可以利用古細菌代謝出來的甲烷廢料。關於這個理論，我不打算在這裏多做討論，因為在我的另一本書《能量、性、死亡》裏已經花了些許篇幅闡述。在本章隨後幾頁中所提到的想法，在那本書中也都有詳述。

[7]體積越大，表麵積對體積的比例就越小，因為麵積以平方增加，而體積以立方增加。長度變成兩倍則表麵積會變成4倍(2×2=4)，但是體積會變成8倍(2×2×2=8)。這會造成的結果就是細菌長得越大，能源效率就越差，因為用來產生能源的膜麵積比起細胞增加的體積來說會變小。

[8]我曾經在全世界巡回演講提倡該主張，到目前為止都還沒有遇到可以駁倒我的反證。所有批評裏最強力的反駁，應該是卡瓦利埃-史密斯提出的，他指出現在仍有少數真核細胞可以不需要線粒體進行吞噬作用。但是我不認為這些吞噬細胞的存在可以否決該理論，因為最強的自然進化壓力對那些隻靠外膜呼吸的原核細胞不利。反過來說一旦吞噬細胞出現，它更可能在各種不同的情況下削弱自己的能力，這種過程稱為還原式進化，在寄生蟲身上非常常見。讓一個進化完全的吞噬細胞在特定情況下丟掉線粒體變得像寄生蟲一樣，比起讓一個原核細胞在沒有線粒體的幫助下進化成吞噬細胞，前者應該容易多了。