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第1372章 人类之未来（第3页）

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生物学家在给基因组测序时发现，每个物种中都有多达13的基因似乎没有任何“父母”，也不属于任何“家族”。不过，这些“孤儿基因”中有一部分可谓功成名就，甚至有一小部分似乎在人类大脑的演化过程中起过重要作用。

但是，它们是从哪里来的呢？这些基因没有显而易见的祖先，就像是凭空产生的，但这显然不可能。所有人都以为，随着我们知道的越来越多，这些基因的“家人”就会被我们发现。可惜，事实恰恰相反。

自从我们发现了基因，生物学家就在探索它们的起源。生命刚刚兴起时，最初的基因想必是偶尔产生的。不过，几乎可以肯定，生命起源于rna世界。因此在那个时候，基因不可能只是作为蓝图，用来制造引导化学反应的酶――基因本身当时就是酶。如果有随机过程产生了一小段rna，能够帮助它自己更好地自我复制，那么自然选择就会立即起效。

然而，随着活细胞的演化，事情变得好复杂。基因变成了编码蛋白的一段dna。要产生一种蛋白，就要先转录出相应dna的rna拷贝。没有“dna开关”的参与，这个过程不可能发生。所谓“dna开关”，就是dna在编码蛋白的片段之外额外多出的一小截，表达“把这段dna转录成rna”之意。接着，rna必须进入蛋白质生产车间。在复杂的细胞内，这个过程要求rna上带有更多额外的序列，用作标签来表示“把我翻译出来”和“从这里开始制造蛋白”等等。

如此复杂带来的一个结果就是，通过随机突变把一段垃圾dna变成一个新基因的几率，似乎会非常非常之小。就像35年前法国生物学家弗朗索瓦.雅各布（fran??oisjacob）的著名论断所言：“靠氨基酸随意组合从头形成一个有功能的蛋白，这种可能性实际上是零。”

不过，有人提出，基因复制出错时可能产生一个单一的基因，并由此产生整个基因家族。这个过程就好像动物界中，经过一段漫长的时间，一个物种分化出一大“家族”具有较近亲缘关系的不同物种。在整个基因中，复制出错是常有的事。多余的拷贝通常会丢失，但有时也会有复制品与原始基因拥有同样的功能，或者分化出一个新功能。

就拿感光色素视蛋白来说，我们眼睛里有多种视蛋白，它们不仅彼此相关，还与其他动物（从水母到昆虫）的视蛋白有亲缘关系。在动物界已经发现了数千种不同的视蛋白基因，它们全都来自于同一个基因的复制，这个祖先基因可以追溯到大约7亿年前。

大多数基因都隶属于某个基因家族，家族中相似的基因拥有共同的祖先，可以追溯到成百上千万年前。可是，就在大约15年前，当酵母基因组测序完成时，人们发现有大约13的酵母基因好像找不到同家族的基因。人们用“孤儿”一词来描述那些独有的基因，或者一小组非常类似、却又没有已知同源基因的基因。

美国宾夕法尼亚州立大学研究复杂性状演化的肯.魏斯（kenweiss）说：“如果看到一个基因，又找不到它的‘亲戚’，你就会觉得有点疑神疑鬼。”有人提出，孤儿基因就相当于遗传学中的活化石，就像腔棘鱼一样是一个古老家族中最后的幸存者。其他人则认为，孤儿基因也没什么特别，就是普通的基因，只不过它们家族的其他成员还没有被发现。毕竟，全基因组测序当时也才刚刚起步。

然而，随着越来越多的生物接受基因组测序，孤儿基因找到所属家族的“大团圆”结局却很少出现。到目前为止，在完成测序的每一个物种中，不论是蚊子还是人，是蛔虫还是大鼠，人们都发现了孤儿基因，并且数量还在增长。

现在，孤儿基因的研究尚在襁褓，我们对其中绝大多数基因的了解都少之又少。我们有所了解的那一部分则涉及各种功能。有些与dna的修复和组织有关，有些则控制着其他基因的活性。昆虫中有一种被称为flightin的孤儿基因，编码着一种肌肉翅膀蛋白，有利于昆虫的飞行。2012年，美国芝加哥大学的龙漫远团队公布了一项研究，发现近期演化产生的两个昆虫孤儿基因，有助于果蝇形成觅食行为。

珊瑚、水母和水螅等动物长有蛰刺细胞，这种复杂精巧的结构一旦受到刺激，就会放出有毒的刺丝麻痹猎物，而这种细胞的发育就是由孤儿基因操纵的。淡水水螅的口周围有摄食用的触手，触手的发育也是由孤儿基因操纵的。北极鳕的抗冻基因也是一个孤儿基因，使这种鱼能在冰冷的北冰洋中生存。

有趣的是，孤儿基因往往表达在睾丸和大脑中（所谓“表达”，是指基因中编码的蛋白被制造出来）。最近，有人大胆提出猜想，人类大脑的演化或许有孤儿基因的功劳。2011年，龙漫远及其同事鉴定出198种孤儿基因，它们表达在人类、黑猩猩和红毛猩猩的前额叶中，这是一个与高级认知功能相关的脑区。在这些基因中，有54个是人类独有的。从演化的角度来说，这些都是年轻的基因，还不到2500万年，它们的出现似乎与灵长类动物前额叶扩大的时间一致。龙漫远说：“这一点暗示，这些新基因与大脑的演化相关。”

也有批评认为，大部分基因，无论新老，在某种程度上都与大脑的运作方式有关，况且相关并不能证明存在因果关联。不过，龙漫远引用了最近的一项动物研究来佐证他的理论。让发育期小鼠的神经元表达人类的孤儿基因srgap2c，结果并不能让小鼠的大脑变大，但确实可以让神经细胞中与相邻细胞联系的结构──树突棘（dendriticspine）长得更密。龙漫远主张，神经细胞间有更多的连接，或许可以增强大脑的计算能力。所以说，这些新近演化产生的人类基因，或许已经起到过塑造人类大脑的作用。德国马普学会演化生物学研究所的遗传学家迪特哈德.陶茨（diethardtautz）说：“我认为我们低估了孤儿基因的作用。”

淡水水螅的口周围有摄食用的触手，触手的发育就是由孤儿基因操纵的。图片来源：33rdsquare从零开始

但是，这些基因到底从何而来？2003年，陶茨和一名同事提出，孤儿基因也是复制产生的，只是接下来它的演化速度很快，以至于变得面目全非，跟原来的基因已经毫无相似之处了。而且他们确实找到了证据，似乎支持这一观点。他们证明，果蝇中孤儿基因的演化速度比非孤儿基因快了3倍。

这样一来，孤儿基因就被塞进了“基因源于复制产生”的旧模型。然而，后来的研究指出，只有一小部分孤儿基因的起源可以用这种理论来解释。因此，尽管这个过程显然很重要，但它并不是孤儿基因故事的全部。“当时我们的想法看上去是有道理的，”陶茨说，“因为另一种情况似乎太不可能发生了。”

还有另一个选择吗？唯一的其他可能就是，基因的确能够从零开始，从非编码dna的随机拼接组合中产生。这是一个长久以来一直被认为根本不现实的想法，因为从非编码dna到一个能产生有用蛋白的基因，跨度实在太大，可能性微乎其微。但是，大自然偏偏就不按常理出牌。几年前，人们逐渐找到了证据，酵母、稻米、小鼠和果蝇中都有“从头”产生的基因。到了2009年，爱尔兰都伯林大学的戴维.诺尔斯（davidknowww.xstxt.comclysaght）证明，人类中有3个孤儿基因还真是从零开始产生出来的。

他们发现，这3个孤儿基因的dna序列与其他几种灵长目动物中已有的序列几乎一模一样，只不过后者是非编码dna。这意味着，这些基因必定形成于人类与黑猩猩在演化道路上分道扬镳之后。他们的研究还表明，这几个孤儿基因在多个人体组织中被转录成rna，进而被翻译成蛋白，不过这些基因的功能目前还不清楚。

2011年，另一个团队报告说，又发现了60个从头形成的人类孤儿基因。麦克莱萨特觉得这个数字可能有点儿太高了――她相信，从零开始合成基因是一种罕见现象。

然而，另一些研究人员开始认为，这个现象或许普遍得令人吃惊。西班牙巴塞罗那市政基金医学研究所的玛尔.阿尔巴（maralbà）和玛卡雷娜.托尔－里埃拉（macarenatoll-riera）主持的一项研究，对270个灵长目孤儿基因进行了分析，发现仅有14能够用复制后快速演化的理论来解释）。相反，大约60%的基因似乎是全新的。“从头演化显然是一种强大的力量，随着时间不断产生出新的基因，”陶茨说，“看来大多数孤儿基因都有可能是从头演化而来的。”

可是，这怎么可能？诺尔斯和麦克莱萨特发现，他们找到的那些孤儿基因，与已有的旧基因在位置上紧挨在一起，而且还略有重合，因此这些孤儿基因或许能够“借用”旧基因的开关。类似的，阿尔巴和托尔－里埃拉也发现，270个灵长目孤儿基因中有半数从“转座子”基因中获得了部分序列，那些转座子就像寄生物一样能够在基因组中跳来跳去。与此同时，人类基因组研究encode项目在2013年初发表论文称，我们的dna中散落着成百上千万可能有用的短开关片断，而且一个开关能够搭配多个基因。

“人会生病，细菌也会，尽管细菌很微小，但是它们能被更微小的病毒――噬菌体所感染。”

珍妮咬断了嘴巴里面的巧克力棒。

“噬菌体就像个小小的注射器一般，把针头插入细菌，将自己的遗传物质强行注入到细菌体中，从而使细菌变成一个生物工厂，制造更多的噬菌体。”

凯瑟琳点点头：“病菌都是这么干的。”

“通常情况下，生病的细菌也就是被噬菌体感染的细菌最终会死亡，但也存在例外……”珍妮嘴角露出了笑意，但这种邪恶怪科学家的感觉是怎么回事……？

“一些彪悍的细菌可能驯化噬菌体，使噬菌体成为细菌的盟友。彪悍的细菌会将噬菌体的基因组整合到自身的基因组中，帮助它们抵抗恶劣环境或是抵抗抗生素，通俗地讲使之成为超级细菌。”

超级细菌什么的，凯瑟琳当然知道了，在21世纪的时候，这玩意儿却曾经也闹得沸沸扬扬了。

超级细菌因为抗生素无效，在印度等地引起了不小的波澜。

“噬菌体侵入细菌后，它们会以两种方式进行自我复制。第一种方式是野蛮暴力的，噬菌体侵入细菌后抢占资源，复制合成大量的新噬菌体，这个过程称为‘溶菌周期’。第二种方式是和平的，噬菌体dna渗透到细菌的基因组里，并且成为细菌基因组的一部分，当细菌繁殖的时候，它们随之同时繁殖，并且完全隐蔽地潜伏在细菌基因组中，产生与细菌数量一致的新噬菌体，这是一种完全隐蔽的复制模式，但是却很温和。”

“这么说来的话，人体内的线粒体，实际上很有可能就是一种类似的、被驯化的噬菌体……当然，或许是别的生命什么的。”

珍妮说了这么多，然后转过头看向凯瑟琳：“更迭蛋白的存在，很有可能就是一种朊病毒，本质是蛋白质，但结果你身体驯化了，然后被转录为了dna而存储起来……”

说道更迭蛋白的时候，凯瑟琳还真有兴趣。

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