地球生命生物進化史上最重要的發展之一發生在大約20億年前，第一批真核生物出現（含有獨特細胞核的單細胞生物）。這第一個真核血統随後将産生包括植物和動物在内的所有高等生物。真核生物包括原生生物界、真菌界、植物界和動物界。

原核生物在距今30～35億年前即已出現，先于真核生物。在此以前，應存在漫長的化學進化過程：地球原始大氣中的H2，N2，NH3，CH3，CO在高溫、強紫外線或放電條件下形成含碳化合物和生物大分子的前體物質（如氨基酸、核酸堿基等）；然後通過聚合形成複雜的生物大分子并且在原始的海水中出現大分子的複合物，稱為團聚體或類蛋白小體；随着遺傳密碼(核酸)的出現，才有可能出現自身繁殖的細胞。最初的細胞可能是異養的生物，然後才出現營光合作用的自養的生物；隻有在自養生物大量出現，地球上積累了足夠的氧氣後，真核細胞才可能出現。

真核細胞與原核細胞的區别

真核細胞具有由染色體、核仁、核液、雙層核膜等構成的細胞核；原核細胞無核膜，故無真正的細胞核，僅有由核酸集中組成的拟核。

真核細胞的轉錄在細胞核中進行，蛋白質的合成在細胞質中進行，而原核細胞的轉錄與蛋白質的合成交聯在一起進行。

真核細胞有内質網、高爾基器、溶酶體等細胞器，原核細胞沒有。

真核生物中除某些低等類群（如甲藻等）的細胞以外，真核細胞的染色體上都有5種或4種組蛋白與DNA結合，形成核小體；而在原核生物，雖然普遍都有堿性蛋白與DNA相結合，但有關的堿性蛋白與真核細胞的組蛋白是不同的。

但是，真核與原核兩大類生物都遵循“中心法則”，都用同一套遺傳密碼，膜構造和蛋白質合成方式也基本一緻等，都表明它們有統一的來源，最原始的真核生物的直接祖先很可能是一種異常巨大的原核生物。

藍藻

幾年前，微生物學家分析了海洋沉積物中的DNA序列。這些沉積物是在北冰洋大西洋中部山脊上一個名為洛基城堡的熱液噴口中被發現。對它們所含DNA分子的測序顯示，它們來自一組以前不為人知的微生物，序列數據表明它們與古生代有密切的親緣關系。科學家對一組神秘單細胞生物的生态學進行了一項新研究，認為氫在真核生物的進化中發揮了重要作用。

真核生物最有可能出現的情況是，它們起源于一種共生關系，在這種共生關系中，宿主是古生物細胞，共生體是細菌。一種假說認為，古生菌宿主的新陳代謝依賴于氫，線粒體的前體産生了氫。這一“氫假說”假設，這兩個配對細胞可能生活在富含氫的缺氧環境中，如果它們與氫源分離，它們将變得更加依賴彼此生存，有可能導緻内共生事件。如果洛基考古群，也依賴于氫，這将支持氫的假說。然而，到目前為止，這些古生物在其自然栖息地的生态狀況還是個猜測。

不過數據分析證實了洛基古菌确實使用氫氣固定二氧化碳。這一過程提高了新陳代謝的效率，并能讓這些物種保持高水平的生化活動，盡管它們的缺氧自然栖息地的能量有限。實驗證據證實了第一個真核細胞的氫假說，因此，最早的真核生物可能起源于缺氧和富含氫的海洋沉積物。

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