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Your Good Partner in Biology Research

“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(chuàng)始人,全世界每天有無數(shù)人使用他的軟件??墒畮啄赀^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?yōu)椤?/SPAN>孤兒基因orphan gene)”吧。

 

生物學家對基因組進行測序后,發(fā)現(xiàn)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(shù)的基因都可以被劃到幾大家族中,而且每個家族都有數(shù)百萬年悠久的歷史。但當酵母基因組被測序之后,情況發(fā)生了改變??茖W家們發(fā)現(xiàn)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?!?/SPAN>

 

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”?;蛟S,它們在不經意間被多余復制,并幸運地像正?;蚰菢影l(fā)揮作用,且代代繁衍下來。以視蛋白基因為例,在動物界已發(fā)現(xiàn)數(shù)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(shù)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(fā)現(xiàn),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(tài),即原基因。多數(shù)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(shù)百萬年的自然選擇之后,這些有益原基因進化成了現(xiàn)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(fā)現(xiàn),從蚊子到人類,從蛔蟲到老鼠,且這個數(shù)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(fā)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(fā)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。