我們身體中，有這樣一類(lèi)基因，它們沒(méi)有任何明顯的“祖先”，就好像是憑空出現(xiàn)一樣?？茖W(xué)家正在全力以赴、追蹤著它們的來(lái)龍去脈。
(相關(guān)資料圖)
沒(méi)有家族譜系的“孤兒基因”
沒(méi)有家庭擋風(fēng)遮雨的生活，可以說(shuō)是步履維艱的。由于各種不幸的原因，一些孩子在很小的時(shí)候便成為了孤兒，他們要付出千百倍于常人的努力與命運(yùn)抗戰(zhàn)，迎難而上去激發(fā)自己的潛能。而這些孤兒中的佼佼者，比如亞里士多德和史蒂夫?喬布斯，有時(shí)竟能改變這個(gè)世界。
誰(shuí)又曾想到過(guò)，我們的DNA也和那些棄嬰們有著相似的情況呢?當(dāng)生物學(xué)家開(kāi)始排列基因組時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)，人體內(nèi)的基因片斷中，有超過(guò)三分之一的部分既找不到與它們同源的基因，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)它們的演化史——看上去既沒(méi)有“父母”，也沒(méi)有任何“親屬”，就像是不知道從哪里冒出來(lái)的“孤兒”。但是你可千萬(wàn)不要小看它們，要知道在這些“孤兒基因”中，擁有不少“成就甚偉”者，它們之中甚至有一部分在人類(lèi)大腦的進(jìn)化過(guò)程中，扮演了相當(dāng)重要的角色。
我們知道，生物體內(nèi)大部分基因都來(lái)自于幾個(gè)大的基因家族，而且每個(gè)基因家族都有悠久的歷史，可以追溯到千百萬(wàn)年前共同的祖先，然后不斷變異演化，形成龐大的基因家族。以脊椎動(dòng)物眼睛里的視蛋白基因?yàn)槔?，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，從水母到昆蟲(chóng)，許多的動(dòng)物身上，都有著與人類(lèi)相似的視蛋白。動(dòng)物王國(guó)中成千上萬(wàn)種不同的視蛋白基因都是通過(guò)復(fù)制，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)化而成的，它們都源于7億年前一個(gè)共同祖先的一個(gè)基因!
早在上世紀(jì)70年代，就有科學(xué)家提出，基因復(fù)制出錯(cuò)時(shí)可能變異出一個(gè)新的基因，并由此逐漸產(chǎn)生整個(gè)有著同一祖先關(guān)系的基因家族。這個(gè)過(guò)程就好像動(dòng)物界中，經(jīng)過(guò)一段漫長(zhǎng)的時(shí)間，一個(gè)物種分化出眾多具有較近親緣關(guān)系的不同物種，形成“物種大家族”。
可是，那些不屬于任何基因家族的單個(gè)“孤兒基因”是怎么回事呢?一些科學(xué)家猜測(cè)，孤兒基因是遺傳學(xué)上的活化石，類(lèi)似于動(dòng)物界中的腔棘魚(yú)，是一個(gè)古老基因家庭遺留下來(lái)的僅存的成員;另一些科學(xué)家則認(rèn)為，這些孤兒基因并沒(méi)有什么特別，只不過(guò)是一些親緣基因還未被人們發(fā)現(xiàn)的普通基因罷了，畢竟，人類(lèi)對(duì)于全部基因組的探索也才剛剛開(kāi)始。
如此多的“孤兒”
但是，隨著越來(lái)越多的生命體的基因組被成功排序，孤兒基因現(xiàn)象普遍存在，基因中相互之間的“親緣關(guān)系”反而被證明是例外，而不是常規(guī)情況。迄今為止，所有的基因組序列中都發(fā)現(xiàn)了“孤兒基因”的存在，從蚊子到人類(lèi)，從蛔蟲(chóng)到老鼠，而它們的數(shù)量也在持續(xù)增加著。
正如前文所說(shuō)，這些孤兒基因在生物體內(nèi)發(fā)揮著極為重要的作用，它們有的充當(dāng)修復(fù)DNA組織結(jié)構(gòu)的角色，有的可以控制其他基因活動(dòng)的作用。比如，在昆蟲(chóng)身上有一種孤兒基因，可以幫助昆蟲(chóng)生成一種“肌翼蛋白”，進(jìn)化出輔助飛行的能力;還有果蠅身上的孤兒基因，有助于果蠅覓食習(xí)性的形成;在珊瑚和水母身體中的孤兒基因能夠幫助蟄刺細(xì)胞的發(fā)展，蟄刺細(xì)胞可以發(fā)射出充滿(mǎn)毒液的囊體攻擊獵物，使之昏迷;在淡水水螅體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的孤兒基因則能操縱引導(dǎo)水螅的觸手將食物送到它們的嘴中;而極地鱈魚(yú)體內(nèi)的孤兒基因，則是一種很特別的防凍基因，讓它們能夠在酷寒的北極地帶得以生存。
有意思的是，孤兒基因在生物的腦部區(qū)域表達(dá)得最充分。科學(xué)家們對(duì)人類(lèi)、黑猩猩以及猩猩體內(nèi)的198種孤兒基因進(jìn)行了鑒定，這些孤兒基因與掌管其高級(jí)認(rèn)知能力的區(qū)域——前額皮質(zhì)的表達(dá)有著密切聯(lián)系。這些孤兒基因中，有54種為人類(lèi)所獨(dú)有。從進(jìn)化論角度看，這54種基因非常年輕，還不到2500萬(wàn)歲，而它們的出現(xiàn)時(shí)間似乎與靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物大腦區(qū)域的擴(kuò)張過(guò)程完全吻合。這意味著，這些孤兒基因直接促成了人類(lèi)最偉大的進(jìn)化——人類(lèi)大腦的進(jìn)化。
另一個(gè)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了孤兒基因與大腦的關(guān)聯(lián)。生物學(xué)家將一種在人類(lèi)大腦中得以表達(dá)的孤兒基因移植到發(fā)育中的小鼠身上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這種基因雖然沒(méi)有使小鼠的大腦變得更大，但是它卻真的促使神經(jīng)細(xì)胞上的樹(shù)突排列得更為密集，而樹(shù)突的作用則是使神經(jīng)能夠與自己的“鄰居”交流聯(lián)系。如果這種聯(lián)系越多，大腦擁有的計(jì)算能力也就越強(qiáng)大。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，孤兒基因在動(dòng)物大腦發(fā)育過(guò)程中起到了重要作用。
追蹤“孤兒基因”的起源
但是這些孤兒基因到底從何而來(lái)?有科學(xué)家提出，孤兒基因也是由其他基因復(fù)制而成的，但是在形成之后，它們快速地開(kāi)始進(jìn)化演變，最終所有與源基因相似的特征全部消失了。為了證實(shí)這一猜測(cè)，科學(xué)家對(duì)果蠅進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)孤兒基因的進(jìn)化速度的確是非孤兒基因的三倍之多。
雖然這種推測(cè)看似有理有據(jù)，但是之后又有研究表明，這一推測(cè)僅僅能夠解釋極少一部分孤兒基因的起源。也就是說(shuō)，雖然快速進(jìn)化過(guò)程對(duì)孤兒基因的形成非常重要，但卻并不是全部的事實(shí)。因此，另一部分科學(xué)家猜測(cè)，就像是很多草根的奮斗史一樣，這些孤兒基因也是“白手起家”的，是從生物體內(nèi)大量存在的垃圾DNA中隨機(jī)生長(zhǎng)出來(lái)的。但是，從無(wú)用的垃圾DNA飛躍到有用基因被認(rèn)為是一件艱巨到不可能完成的任務(wù)，因此，這個(gè)猜測(cè)并不能讓主流科學(xué)家信服。不過(guò)，人們顯然忘了，自然界中沒(méi)有什么是不可能的，很快，科學(xué)家陸續(xù)在酵母、大米、小鼠和果蠅身上找到了基因“白手起家”的證據(jù)。2009年，愛(ài)爾蘭都柏林大學(xué)的科學(xué)家證明了人類(lèi)身上的3個(gè)孤兒基因的確是從一無(wú)所有中被創(chuàng)造出來(lái)的。2011年，另一個(gè)研究小組更進(jìn)一步地描述了60種人類(lèi)孤兒基因從無(wú)到有的形成過(guò)程。從此之后，越來(lái)越多的研究顯示，從垃圾DNA中脫胎換骨、重新組合的孤兒基因不在少數(shù)。
當(dāng)然，無(wú)用的基因重新組合形成新的基因，可不是上嘴皮碰下嘴皮那么簡(jiǎn)單就能成功的，它怎樣才能成為可能呢?科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，孤兒基因大都與已有的基因毗鄰或稍稍重合，這樣一來(lái)，孤兒基因就有可能向那些正常運(yùn)行的基因“借用”部分序列，以使自己轉(zhuǎn)化成有用的基因。研究人員分析了270個(gè)取自靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物身上的孤兒基因，它們中有半數(shù)從跳躍基因中獲得了部分序列，那些轉(zhuǎn)座子就像寄生物一樣能夠在基因組中跳來(lái)跳去，正是在這過(guò)程中，它們被孤兒基因利用了。
對(duì)于孤兒基因，我們還有許多需要繼續(xù)探索發(fā)現(xiàn)，但是我們現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始追蹤它們祖先的痕跡了?？雌饋?lái)，我們找不到大多數(shù)孤兒基因的家人，是因?yàn)樗鼈儽緛?lái)就沒(méi)有家人。它們出身于一大堆看起來(lái)毫無(wú)用處的垃圾DNA——猶如人類(lèi)世界里從垃圾里撿起的沒(méi)有身世的孤兒——完全憑著自己的奮斗，成了基因世界的棟梁之才。
