科技之謎：狒狒和貓演繹另類親子鑒定
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實習(xí)生 王婷婷
一組原本屬于細菌的基因怎么會在賈第鞭毛蟲體內(nèi)安下身來,？為什么狒狒和貓有著一段相同的基因,？物種間基因的橫向轉(zhuǎn)移如何解釋？
格蘭斯貝說：“那個‘貓被創(chuàng)造出來是為了吃老鼠,，老鼠被創(chuàng)造出來是為了給貓吃,，而整個自然界被創(chuàng)造出來是為了證明造物主的智慧’的看法將因為達爾文而被我們永遠拋棄。”這鏗鏘的言論今天仍然擲地有聲,，昭示著達爾文主義在生物進化史上的地位。
1859年發(fā)表的《物種起源》提出了人類科學(xué)史上最重要的一個理論———進化論,。根據(jù)達爾文的學(xué)說,，生命是通過自然選擇演化的，最適合生存的遺傳特征得到保存并發(fā)展,。隨著生命進化,，有機體就像一棵不斷分叉的樹一樣演化———它們沿著大樹不同的樹杈,，繼承著來自自己先輩的遺傳特征。但是加拿大學(xué)者近期研究發(fā)現(xiàn),，一種被稱為賈第鞭毛蟲的單細胞真核生物卻具有和細菌相同的基因,，這兩種位于進化樹上不同位置、進化關(guān)系極遠的生物,，它們之間的相同基因從何而來,，生命進化中是否也有“拿來主義”？帶著這些未解的謎題,，筆者走訪了中國科學(xué)院動物研究所的張德興研究員,。
基因轉(zhuǎn)移確有其事
張德興研究員解釋說，在一個物種中發(fā)現(xiàn)了其它物種的基因,，表明并非所有的基因都是由祖先那里一代代遺傳下來,，基因也可以從別處得到，這種現(xiàn)象被稱作基因的橫向轉(zhuǎn)移,，或水平轉(zhuǎn)移,。張教授介紹，學(xué)術(shù)界很早就認識到基因橫向轉(zhuǎn)移的問題,，但是這樣的例子比較少,，賈第鞭毛蟲的研究為基因橫向轉(zhuǎn)移的理論增添了一個新的例證，在學(xué)術(shù)上是很有意義的,，所以也備受關(guān)注,。
除了細菌等原核生物，基因轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象在比較高級的真核生物中也曾被發(fā)現(xiàn),。專家介紹,，黑腹果蠅是遺傳實驗中一種常用的模型動物，這種黑腹果蠅體內(nèi)存在一種被稱為P因子的遺傳物質(zhì),，但是這種因子在與它近緣的數(shù)百個果蠅種中卻沒有發(fā)現(xiàn),。P因子是從哪里來的，引起科學(xué)家們的關(guān)注,。研究發(fā)現(xiàn),，黑腹果蠅體內(nèi)的P因子，在與其關(guān)系較遠的一些果蠅種中也普遍存在,。張教授指出,，相同的基因在近緣的物種中沒有，而在較遠的物種（如南美果蠅）中存在,，這就很自然地使人聯(lián)想到這種因子是不是從別處橫向轉(zhuǎn)移來的,。隨后科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，一種與果蠅完全不同的物種———肛歷螨可攜帶這種P因子；這是一種半寄生性的螨,，它取食果蠅及其卵,，經(jīng)常與果蠅伴生。通過對這種螨的生態(tài),、行為等生物學(xué)習(xí)性及其地理分布情況的分析,，科學(xué)家們推測這種P因子可能是以螨蟲為載體從南美果蠅橫向轉(zhuǎn)移到黑腹果蠅的。有關(guān)學(xué)者指出,，P因子通過螨轉(zhuǎn)移到果蠅,，必須同時滿足幾個發(fā)生概率極低的苛刻條件：首先，兩種果蠅的卵要產(chǎn)在一起,；其次,，螨進行P因子的轉(zhuǎn)移時，黑腹果蠅的卵必須處在某一特定的發(fā)育時期,；再者,，卵被螨刺吸后必須損傷較小，因而能夠正常存活,；最后,，螨對卵刺吸的時候必須完成基因傳遞，而且果蠅卵還要接受完整的基因,，使其能在果蠅體內(nèi)復(fù)制,。這些條件無論哪個在自然界中都相對罕見，因此同時發(fā)生的機會更低,。
在哺乳動物中,，科學(xué)家們也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象。10多年前進行的一項研究發(fā)現(xiàn),，在家貓及其近緣種中存在一種在靈長類動物（如猩猩和狒狒等）中普遍存在的一個基因,，但在獅子、豹子等其它貓科動物以及其它食肉動物中都沒有這種基因,。為什么在貓身體內(nèi)有著一個和猴子非常近的基因,，最令人信服的解釋就是基因的橫向轉(zhuǎn)移。隨后的研究發(fā)現(xiàn),，狒狒的這個基因與貓的關(guān)系最近,，研究人員基本上是認定這些共同的基因是由狒狒“轉(zhuǎn)移”給貓的。結(jié)合生物地理學(xué)研究,，研究人員推測這個事件大概發(fā)生在500萬到1000萬年前,。
專家指出，目前基因轉(zhuǎn)移是被學(xué)術(shù)界普遍承認的一個現(xiàn)象,，但是物種間的基因轉(zhuǎn)移因為發(fā)生的幾率低,，目前還難以進行深入的研究,。張教授特別指出,，研究細菌與賈第鞭毛蟲間的基因轉(zhuǎn)移現(xiàn)象是十分有意義的,，這些現(xiàn)象是物種進化過程中很重要的特例；但是這些現(xiàn)象及理論不足以對達爾文的生物進化論提出質(zhì)疑,，目前的研究結(jié)果只是在某些方面使進化理論的細節(jié)更加完整,。專家指出，目前國內(nèi)外都在籌備“生命之樹”計劃,，希望通過幾代科學(xué)家的努力,，把地球上主要物種間的進化關(guān)系搞清楚，盡管現(xiàn)在沒有系統(tǒng)地操作,，但是很多科學(xué)家已經(jīng)分頭在各自的研究領(lǐng)域做了許多工作,，其結(jié)果進一步證明基因的豎向傳遞是主流。
轉(zhuǎn)移機制還不明確
生物進化中基因豎向傳遞的主流地位毫無疑問,，但是不同物種間基因橫向轉(zhuǎn)移的機制還是個未解之謎,。專家指出，由于基因橫向轉(zhuǎn)移發(fā)生的機會很小,，研究其轉(zhuǎn)移機制目前還主要局限于根據(jù)現(xiàn)有的理論進行推測,。賈第鞭毛蟲的研究成果為進一步研究提供了一個非常典型的例子。據(jù)推測,，基因橫向轉(zhuǎn)移最有可能的途徑是通過病毒,、轉(zhuǎn)座子作為載體，在真核生物中反轉(zhuǎn)錄病毒和逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子可能起了重要作用,。轉(zhuǎn)座子是一種可以移動跳躍的基因,，張教授舉例解釋說，如果人基因組上的一個轉(zhuǎn)座子被激活,，在轉(zhuǎn)座移動時,，除了它自身的基因外，還會攜帶一段人的基因,。當(dāng)它通過一定的途徑轉(zhuǎn)移到猴子的基因組時,，就會把這段基因整合到猴子的基因組中。在大多數(shù)的情況下,，這些來自人的基因或DNA片斷在猴子體內(nèi)是沒有活性的,，但是偶爾經(jīng)過突變或其它情況，基因會獲得活性,，在這種情況下,，人的基因就會在猴子的體內(nèi)保留下來。
專家指出,，進一步研究基因橫向轉(zhuǎn)移機制在分子進化上是很有意義的,。當(dāng)基因橫向轉(zhuǎn)移涉及到把一種生物所特有的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物時,，它對于該生物的適應(yīng)性進化有非常重要的意義。張教授解釋,，賈第鞭毛蟲作為單細胞真核生物是不可能在一種缺氧的條件下中生存的,，但是它從別處獲得了特殊基因，使它可以在缺氧環(huán)境中生存,，對它來說獲得這個基因是在特定環(huán)境下生存的關(guān)鍵,。再者，專家指出這項研究對轉(zhuǎn)基因作物生態(tài)風(fēng)險的評估也有重要意義,。
達爾文的理論指出,，通過自然選擇，生物最適合生存的遺傳特征得到保存并發(fā)展,。張教授指出,，在自然界中為什么有一些物種滅絕，而另一些則逐漸發(fā)展龐大,，就是因為發(fā)生了一些變異,，這些變異在發(fā)生的時候命運可能都一樣，但由于生態(tài)環(huán)境條件的變化,，其中的一種或幾種特別能夠適應(yīng)環(huán)境,，這樣就會以更大的競爭力生存下來，即所謂自然選擇,。物種間的基因轉(zhuǎn)移也可以在這樣的框架下進行理解,。科學(xué)家們大膽提出假設(shè),，基因的橫向轉(zhuǎn)移現(xiàn)象也許是常見的,，之所以難于被發(fā)現(xiàn)，可能是因為許多轉(zhuǎn)移了的基因或DNA片斷在新的物種中沒有什么功能,，因而很容易發(fā)生和積累變異,，失去原來的特征；只有對生存十分有意義的,，基因橫向轉(zhuǎn)移才容易被人們發(fā)現(xiàn),。
學(xué)術(shù)爭論仍在繼續(xù)
進化論提出已經(jīng)有一百多年，但是仍有許多生命現(xiàn)象不能解釋,，現(xiàn)在學(xué)術(shù)界交鋒的熱點在于自然選擇是不是唯一的進化機制,。專家指出，達爾文理論只是一種進化學(xué)說,，觀點體現(xiàn)在自然選擇的作用———認為自然選擇讓物種不斷的進化?，F(xiàn)在學(xué)術(shù)界的觀點趨向于自然選擇只是進化的機制之一。
20世紀(jì)60年代,，日本科學(xué)家木村資生提出了著名的“中性理論”,。核心就是生物種群中大部分分子突變在自然選擇的意義上都是中性或近中性的,，因而自然選擇對這些突變并不起到篩選的作用。美國古生物學(xué)家艾爾德里奇和古爾德在上世紀(jì)70年代提出了生物進化的間斷平衡學(xué)說,。他們認為,，生物進化的歷史并不是一部大張旗鼓的變化歷史，而是處于相對的穩(wěn)定平衡的狀態(tài),，這種平衡狀態(tài)偶爾受到迅速發(fā)生的新物種形成事件干擾,，新物種形成后生物進化又重新進入另一種平衡狀態(tài)。
不同的理論在進化研究的陣營內(nèi)引起了激烈的爭論,，但是這些理論是相互補充，而并非是針鋒相對的,。各種理論對于進化生物學(xué)都有著重要的意義,，但是生物進化中還有一些深層次的問題沒有得到根本的解決。著名進化生物學(xué)家杜布贊斯基曾說,，生物學(xué)中的任何現(xiàn)象離開進化都沒有意義,。張教授指出，目前是進化生物學(xué)最興盛的時期,，借助基因組數(shù)據(jù),，允許真正對生物進化進行全方位的研究，我國應(yīng)加強對這門學(xué)科的重視,。
人類進化病毒“作祟”
人類探索的腳步好似隨著春天的到來越走越快,，一個個關(guān)于進化和基因的研究成果近期新鮮出爐。3月25日美國的一個研究小組首先擲出“重磅炸彈”,，他們宣布已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了猿類祖先向最早的原始人進化時的第一次基因突變,。這個由兒童醫(yī)院的生物學(xué)家和外科整容醫(yī)生進行的“跨專業(yè)”研究得出結(jié)論：基因突變使人類的顎骨變的更小和更脆弱，這一變化使大腦的進一步發(fā)育和生長成為可能,。這一研究掀起了科學(xué)界關(guān)于人類起源的一場激烈辯論,。
一波未平一波又起，當(dāng)爭論還在如火如荼地進行的時候,，俄羅斯科學(xué)家們又火上添油,，提出了另一令人乍舌的假設(shè)。他們認為,，遠古時代生命力極強的各種病毒直接參與了猿向人的轉(zhuǎn)變過程,，是病毒改變了人進化過程中基因之間的關(guān)系、分布和消耗時間,。研究者假設(shè),，在幾百萬年前，人類的祖先受各種病毒的襲擊后,，最具有生命力的病毒基因便留在了人的基因中,，久而久之,，這些極具生命力的病毒直接影響了從猿到人的轉(zhuǎn)變過程。
正當(dāng)生物學(xué)家們?yōu)樵澈腿思m纏不清時,，人與鳥類在基因上的聯(lián)系則吸引了另一些研究者的注意力,。德、美兩國科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn),，一個名為“FOXP2”的基因?qū)θ祟惡网B類掌握發(fā)聲能力至關(guān)重要,。鳥體內(nèi)的FOXP2基因雖然不具備人類所有的特定序列片斷，但總體構(gòu)成與人非常接近,，科學(xué)家認為,，正是一些細小的差別幫助人類在進化過程中最終獲得了獨特的語言能力。
生命進化成不同物種經(jīng)歷了極其漫長的時間,，然而短短幾年內(nèi),，你的寵物就能和你“越長越像”，這是不是讓人不可思議,。美國科學(xué)家的一項最新研究顯示,，那句古老的諺語“狗如其主”可能是正確的。但是研究者現(xiàn)在還沒找出造成這種相似的原因,，不過需要承認,，有些狗確實與主人具有非常明顯的相似的地方，比如一張照片上是一個看起來傻呼呼的家伙,，頭發(fā)亂蓬蓬地微笑著,，而一條金毛獵犬也帶著傻呼呼的笑容，大家一眼就能看出來他們是一家子,?？茖W(xué)家還發(fā)現(xiàn)了狗與主人之間會產(chǎn)生“共鳴”的原因，“狗與主人確實能產(chǎn)生共鳴,，這和選擇配偶一樣,，人們總是愿意選擇志同道合者。”
長期生活在一起的人們之間總會有一些共同點,，德國的研究者最近發(fā)現(xiàn)美國人的共同特點就是在變矮,。英國《觀察家報》4日報道，有研究表明,，美國人在變矮,，而大西洋彼岸歐洲人的身高則在持續(xù)增長。專家們把美國人變矮的原因歸結(jié)于過多食用“垃圾食品”,。研究者說,，歐洲大多數(shù)國家都為絕大多數(shù)公民提供了醫(yī)療服務(wù)和足夠的營養(yǎng)，孩子們不會因沒錢治病而影響身體健康,，同時也不會遇到營養(yǎng)不良的問題,。而美國卻不同,，美國有800萬失業(yè)者，4000萬人沒有健康保險,，3500萬人生活在貧困線以下,，這些生活在貧困線以下的人主要靠吃“垃圾食品”過活。
