“孤兒基因”的傳奇
日期:2013-03-01 09:16:55
或許你聽過布萊姆·科亨的故事。作為BT創始人,全世界每天有無數人使用他的軟件。可十幾年過去了,依然沒有一個來自天南海北的網絡訊號能夠溫暖他的孤獨癥。
在基因世界,又何嘗沒有這樣的傳奇。呃,我們姑且稱它們為“孤兒基因(orphan gene)”吧。
生物學家對基因組進行測序后,發現幾乎每個物種都有多達三分之一的基因總是形單影只。這可不像你在科普書籍里讀到的那樣,大多數的基因都可以被劃到幾大家族中,而且每個家族都有數百萬年悠久的歷史。但當酵母基因組被測序之后,情況發生了改變。科學家們發現了它們孤兒基因,不屬于任何已知家族。
生物學家似乎難以自圓其說。此前,他們一直認為,基因一開始并不是DNA,而是充盈在一片RNA的海洋。它們先生成一個與自己幾乎一模一樣的RNA拷貝,然后進行蛋白質合成,該過程被稱之為“DNA轉換”。這個全自動的過程,致使隨機突變的可能性微乎其微。法國科學家弗朗索瓦曾斷言:“由一個一個氨基酸從頭演化,隨機拼湊成一個有用的蛋白質的概率在事實上只能是零。”
那么,它們從何而來?上世紀70年代,科學界提出一種假說“復制”。或許,它們在不經意間被多余復制,并幸運地像正常基因那樣發揮作用,且代代繁衍下來。以視蛋白基因為例,在動物界已發現數以千計,這些基因都是因為意外復制而進化的,其共同的祖先可以上溯到數億年前。
最新的假說,來自加州大學。教授卡爾·武尼斯的研究小組發現,酵母的蛋白質制造廠經常會粗制濫造出一些新蛋白質,試錯之后,自然選擇。在非編碼DNA和高度進化的基因之間存在著一個中間態,即原基因。多數原基因編譯的蛋白是中性的甚至是有害的,它們被自然淘汰。但有那么一小部分原基因是中性甚至有益的,它們會被固定地表達成蛋白質并開始積極進行有益的突變。如此經歷數百萬年的自然選擇之后,這些有益原基因進化成了現在的模樣孤兒基因。
謙虛地說,關于孤兒基因的研究尚處于起步階段。但隨著近些年越來越多的物種基因組得到測序,基因家族大團圓的說法一再被證明是單相思。孤兒基因在各種生命中不斷地被發現,從蚊子到人類,從蛔蟲到老鼠,且這個數目仍在增加。
它們總是不按理出牌,讓科學家很為難。比如在珊瑚蟲中,孤兒基因指導放射狀蟄刺細胞發育成精巧的充滿毒液的噴射器官用以迷暈獵物;淡水水螅的孤兒基因指導其嘴周圍進食須的發育;而北極鱈的孤兒基因則是使其在冰天雪地的北極得以生存。
如果最終我們依然無法找到它們的“親人”,也許事實上“親人”從未存在過,但無論怎樣,這群孤兒與我們因緣際會,在歲月里積淀完美,并真實地存在著。
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