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新进化论问答

2008-06-01 15:23:00 来源:书摘 王鸣阳 译 我有话说

  本文以问答形式来解答一般人关于进化和基因组常有的疑惑。

  问题1:人类今后还会继续进化吗?

回答1:是的。包括

人在内的一切生物总在不断进化,今后还会继续进化。这种进化是悄悄进行的,一般说来,不经过数百万年难以看出来。不过,这里所说的进化并不是指进步,而是变化的意思。

有时栖息环境已经发生了变化,某些物种在外部形态上却未见有什么变化。例如常说的“活化石”就是这样的生物。但是中性突变(对于生存和生殖无所谓有利或不利的突变)总是会有的,没有一种生物可以不积累突变。

问题2:听说有一种“获得性遗传”(后天所获得的特性能够遗传)的观点,说是亲代通过锻炼所获得的体力能够遗传给子代。是这样吗?

回答2:没有什么获得性遗传。后天获得的特性只是体细胞(生殖细胞之外的细胞)获得的经验,个体生命结束,体细胞随之死亡,是不可能把这种经验传递给后代的。体细胞获得的经验信息必须传递给生殖细胞,只有在这种信息写入生殖细胞的DNA之后,获得性才有可能遗传。但是,至今也没有发现有这种信息传递过程。

问题3:人类的基因大约有23000种,听说仅仅比苍蝇多一倍而已。这真是难以置信……

回答3:有这种疑问,是因为人们通常认为人是比苍蝇复杂得多的生物。怎样的生物算是复杂生物,对此其实很难下一个定义。人体有60万亿个细胞,这么多的细胞彼此之间需要沟通,在这种意义上倒是可以说人要比苍蝇复杂。

一种生物具有的基因虽然不多,但却可以很复杂,这靠的是一种基因能够制造出多种蛋白质的所谓“选择性基因剪接”机理。这种机理,人类要比苍蝇强得多。此外,制造出多种蛋白质的细胞中的那种网络,人类也要比苍蝇复杂。一种基因能够发挥多种功能,这种能力也是非常重要的。

问题4:基因(或者蛋白质)的进化速度(碱基变化的速度)对于不同种类的基因多少总会有差异,为什么有的基因容易进化,而有的基因不容易进化?

回答4:任何基因都会发生突变,不容易进化的基因并不是因为难以发生突变。

例如,长链形状的DNA分子是缠绕在一种叫做“组蛋白”的蛋白质上,深藏于细胞核内。组蛋白是一种非常重要的蛋白质,一旦发生突变,其功能就要受到严重影响,这对于个体生存是十分不利的。因此,组蛋白出现的突变经过若干代的传代之后基本上都会消失。结果,组蛋白的进化速度便显得非常缓慢。

另一方面,那些已经失去功能的假基因如果发生突变,对于生存既谈不上有利,也谈不上不利,因而能够世代相传,它们的碱基排列也不断地被修改。结果,假基因的进化速度就非常快。由以上的介绍可以知道,进化速度依据基因的重要性而有所不同。

问题5:在进化史上曾经出现过“基因爆发”,即通过基因重复或基因组重复而突然产生出大量新的基因。为什么在某个特定时期会发生基因重复或基因组重复呢?

回答5:基因重复或基因组重复并不是只发生在某个特定的时期,今天也仍然在发生着这种现象。不过,基因重复或基因组重复所产生的新基因大多都会被负自然选择淘汰掉。在基因爆发时期,不过是发生基因重复或基因组重复的个体有较多的个体得以存留,留下了它们的子孙而已,从而使得所形成的新基因组能够普遍传播开来。

问题6:肉眼能够看见的进化所需要的时间要远远长于一个人的寿命,因此我们感觉不到今天自然界正在发生的进化。如此说来,我们真的就无法亲眼目睹到正在进行的进化吗?

回答6:艾滋病病毒(HIV)等“RNA病毒”的进化就非常快,其进化速度是一般生物的100万倍。也就是说,它们在一年里发生的进化相当于一般生物在100万年里发生的进化。对于这样的病毒,我们很容易实际观察到它们的进化。一般生物携带遗传信息的载体是DNA,而RNA病毒遗传信息的载体是RNA。

一般生物在进行细胞分裂时若出现DNA复制错误或者受到放射线等损伤,DNA的修复机理会发挥作用,自行修复。只有极少数修复不了的错误才会作为突变一代一代遗传下去。

然而RNA病毒不仅容易出现复制错误,而且也没有修复错误的机理,因而非常容易出现突变。结果,这一类病毒的进化速度就非常快。在艾滋病病毒的例子中,在一年时间,每1000个碱基中就有一个碱基被修改。

对于RNA病毒,它们哪些基因容易发生突变,甚至基因的哪一部分容易发生突变,是可以预测的,因此,可以通过计算预测RNA病毒经过一年的进化将会有怎样的变化。这就意味着,有可能在实验室里用RNA病毒进行进化“验证”。在这种意义上,可以说进化论已经成为了一门“实验科学”,可以改称为“进化学”了。

问题7:同达尔文当初提出的进化论相比,现代进化论有什么变化?

回答7:达尔文当初提出的进化论,认为推动进化的原因,是带有对生存和生殖有利的个体经过自然选择的结果会留下更多的后代。现代进化学,在认同达尔文观点的同时,则是把关于突变的遗传学知识作为自己的理论基础。

在达尔文的时代,根本不知道有基因存在。然而现在,我们不仅已经知道了基因的实体是DNA,而且还知道突变是由于偶然发生了DNA复制错误或者被放射线等损伤而出现的。此外,我们还知道“基因重复”是产生出新基因,从而导致生命多样化的原因。

现代进化学通过在分子层次研究进化,结果发现,同对于生存和生殖有利的突变比较起来,更为重要的是起支配作用的中性突变(对于生存和生殖既非有利也非不利的突变)。这一认识是进化论的一大突破。中性突变凭借偶然性就能够扩散开来。在分子世界,偶然性起着非常重要的作用。

现代进化学已经掌握了基因组这一强大的武器,肯定还会继续发展。人类的基因组虽然已经成功得到解读,但是,对于基因组所包含的信息意义还有待解读。总之,要解开进化之谜,今后还有许多工作要做。

  (摘自《科学世界》2008年第3期)

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