很可惜,由于原始的细胞非常脆弱,它们留下地质记录的可能性很小。即使找到相关的化石,也可能只是它们曾经活动过的一些痕迹,很难从中发现它们的结构。

不过,既然生命是不断进化的,那么在现存的各种细胞中,有可能保留了一些原始细胞的遗迹,甚至有些方面还与原始细胞相似。

现在已经有分子生物学和古微生物学方面的大量研究表明,原核细胞与真核细胞具有共同的祖先,而且原核细胞比真核细胞在生物进化史上更早出现。因此,关于细胞起源的问题可以简单化为原核细胞是如何产生的。

尽管原核细胞的结构比真核细胞简单得多,但是相对于原始的地球来说,它已经是相当精细的细胞了,很难想象它能从非细胞结构中直接产生。那么,有没有比原核细胞更简单的生命结构或是过渡类型呢?

也许我们很容易就想到病毒,它的结构的确简单,很多病毒只有一个核酸和蛋白质外壳组成,甚至有些种类只有其中之一。过去曾一度认为病毒是从非生物到生物的过渡结构。原始地球上形成的生物大分子和其他各种分子首先形成病毒,然后在病毒的基础上再产生原始细胞的结构。这似乎很顺理成章。

但是,随着对病毒研究的深入,问题产生了。例如:病毒是细胞内寄生的生命形式,它们只有在细胞内才能表现出生命现象,脱离细胞就不能繁殖,那么病毒怎么可能在细胞出现之前就形成了呢?此外,病毒的基因组与其宿主的基因组在结构特点上非常相似,而且病毒的结构与现在细胞内的核酸和蛋白质的复合体——核蛋白的结构也有相似之处……这些现象使人们认为病毒可能是由原始的细胞衍生或者退化而来的。

还有一类微生物,可以说是今天最小最简单的细胞,它的名字叫做“支原体”。它可以独立生活,既能在细胞内寄生,也可以在无细胞的培养基中生长繁殖。支原体比细菌小得多,直径只有0.1 ～0.3微米,约是一般的细菌的1/1000,类似于病毒的大小。

虽然支原体的细胞结构非常简单,除了作为细胞所必需的结构之外,几乎就没有其他构造了。但是它的结构和功能依然可以与较复杂的原核细胞相比拟。它也拥有细胞膜、核酸、蛋白质和核糖体,作为最原始的细胞还是显得太复杂了点。

那么最原始的细胞究竟是怎样的呢?根据现在对细胞的研究,以及前面我们关于“RNA世界”的介绍,我们不妨来进行一个大胆的推测。

在“RNA世界”中产生了能够自我复制的生物大分子,开始时这种大分子很可能是裸露的,原始的生命还处于非细胞的时期。随后,这样的一些生物大分子被脂类膜所包围,形成一种简单的具膜系统。这种具膜系统并不稳定,容易破裂,也容易与另一个具膜系统融合。这种不稳定性却使得膜内的生物大分子可以有机会继续利用周围环境中的其他分子进行自我复制,产生更多这样的具膜系统。在这个过程中,外面的膜既对膜内的分子起到一定的保护作用,同时也不会把膜的内外完全隔离开来。

这种由脂类的膜与膜内能够进行自我复制的生物大分子所组成的系统就是最原始的细胞。它可能还没有或者很少有蛋白质的参与,因为真正的蛋白质的自发形成比较困难,而且早期的原始生物大分子本身同时具有储存遗传信息、自我复制以及生物催化等功能,所以蛋白质在当时并非是必需的。

此后,这种最原始的细胞内开始复杂化,逐渐形成核糖体并发展出蛋白质的生物合成,于是就形成了现代细胞的雏形。