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Nature:最大規模基因組分析研究

日期:2015-08-26 08:48:38

 一個國際研究小組完成了對所有生命形式有史以來最大規模的基因組分析研究。以前所未有的細節繪制出了真核基因的進化史,提供了有關最早期生命形式進化機制的一些新見解。

 

這篇發表在《自然》(Nature)雜志上的研究論文,是建立在著名古生物學家Stephen Jay Gould的研究工作基礎之上,Gould曾提出盡管進化通常是一個緩慢的過程,有時候會在相對較短的時間空間里向前大步飛躍。這一理論被稱作為“間斷平衡punctuated equilibrium)”。

 

該研究小組想通過研究真核和原核生命不同的進化方式,來看看是否能找到一些線索了解進化是如何能夠完成這些大步飛躍的。傳統的模型表明,原核生物中發生了橫向基因轉移(LGT(基因在兩個個體間流動和交換),由此幫助解釋了相比真核生物,原核生物所具有的巨大的多樣性。研究小組由此提出了一個問題:真核生物中的LGT能否解釋這些大飛躍?

 

這一項目的負責人、杜塞爾多夫大學教授Bill Martin說:“這一研究令人吃驚的是,證實了真核生物并沒有像原核生物那樣進行這種持續的基因交換——當它們這樣做時,則是非常重要的事件。并且在早期進化過程中,其與細胞器的起源相對應。這些事件是巨大的進化飛躍。”

 

細胞器是科學家們用來區分真核細胞和原核細胞的細胞元件。真核生物具有線粒體和葉綠體一類的結構,這些小型工廠在細胞中發揮作用為生物提供能量。研究表明,線粒體和葉綠體都是由兩個細胞結合在一起共享基因及形成“雜種”生物體進化而來。

 

重要的是,研究小組的計算機模型顯示,在這種初始雜種形成階段之后,生物體開始失去一些新獲得的遺傳信息。McInerney教授解釋說:“就像一盤象棋游戲,細胞一開始有兩套基因,其中一套基因來自共生伙伴,這些基因排列在棋盤的任一端。

 

“但在進化過程中,這些元件逐個從棋盤上被除去,因此在博弈結束時幾乎沒有元件留下,有人設法根據留下的元件重構出游戲的結果,沿著時間進行追溯。”

 

因此,該研究小組的研究證實了,這些進化大飛躍可能發生在原核生物與真核生物在一次內共生事件中混合它們的基因之時。這些證據強有力地支持了間斷式進化理論,并可以解釋地球上復制生命的起源。

 


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