Nature：最大規(guī)模基因組分析研究

日期：2015-08-26 08:48:38

一個(gè)國(guó)際研究小組完成了對(duì)所有生命形式有史以來(lái)最大規(guī)模的基因組分析研究。以前所未有的細(xì)節(jié)繪制出了真核基因的進(jìn)化史，提供了有關(guān)最早期生命形式進(jìn)化機(jī)制的一些新見(jiàn)解。

這篇發(fā)表在《自然》（Nature）雜志上的研究論文，是建立在著名古生物學(xué)家Stephen Jay Gould的研究工作基礎(chǔ)之上，Gould曾提出盡管進(jìn)化通常是一個(gè)緩慢的過(guò)程，有時(shí)候會(huì)在相對(duì)較短的時(shí)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(guò)研究真核和原核生命不同的進(jìn)化方式，來(lái)看看是否能找到一些線索了解進(jìn)化是如何能夠完成這些大步飛躍的。傳統(tǒng)的模型表明，原核生物中發(fā)生了橫向基因轉(zhuǎn)移（LGT）(基因在兩個(gè)個(gè)體間流動(dòng)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(gè)問(wèn)題：真核生物中的LGT能否解釋這些大飛躍？

這一項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人、杜塞爾多夫大學(xué)教授Bill Martin說(shuō)：“這一研究令人吃驚的是，證實(shí)了真核生物并沒(méi)有像原核生物那樣進(jìn)行這種持續(xù)的基因交換——當(dāng)它們這樣做時(shí)，則是非常重要的事件。并且在早期進(jìn)化過(guò)程中，其與細(xì)胞器的起源相對(duì)應(yīng)。這些事件是巨大的進(jìn)化飛躍。”

細(xì)胞器是科學(xué)家們用來(lái)區(qū)分真核細(xì)胞和原核細(xì)胞的細(xì)胞元件。真核生物具有線粒體和葉綠體一類的結(jié)構(gòu)，這些小型工廠在細(xì)胞中發(fā)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(gè)細(xì)胞結(jié)合在一起共享基因及形成“雜種”生物體進(jìn)化而來(lái)。

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

“但在進(jìn)化過(guò)程中，這些元件逐個(gè)從棋盤(pán)上被除去，因此在博弈結(jié)束時(shí)幾乎沒(méi)有元件留下，有人設(shè)法根據(jù)留下的元件重構(gòu)出游戲的結(jié)果，沿著時(shí)間進(jìn)行追溯。”

因此，該研究小組的研究證實(shí)了，這些進(jìn)化大飛躍可能發(fā)生在原核生物與真核生物在一次內(nèi)共生事件中混合它們的基因之時(shí)。這些證據(jù)強(qiáng)有力地支持了間斷式進(jìn)化理論，并可以解釋地球上復(fù)制生命的起源。