逆转录病毒解开人类进化之谜
在过去的十年里,科学家们已经发现了古细菌系感染源的残余,即所谓人内源性逆转录病毒,其事实上是由人基因组的一部分组成。曾经认为这些只是没有活性的“垃圾”DNA, 事实上许多这些元件在人的细胞中履行一定的功能。
如今,由乔治亚大学的John McDonald和国立卫生院国家生物技术信息中心的King Jordan 领导的一项新的研究首次表明,人类和黑猩猩在同一时期有过一次转录活性的大爆发,由此推测人和黑猩猩是在600万年前从同一个祖先中分离出来的。这些新的研究结果有赖于逆转录元件,这是一种富含于人类基因组的特殊类型的转录元件。事实上,从更为初级灵长类到现代人,它们都有分布。这一研究的结果发表在《基因组通讯》杂志上。几百万年以来,在转录元件和它们的宿主基因组之间一直存在着分子武器的竞赛。宿主基因组不断地进化出新的调节机制来沉默那些包括使转录元件进行复制的突变效果。反之,这也对转录元件施加了选择压力,促使它们进化出相应的机制来逃避这种控制。结果形成一种内部的驱动机制,来增加生物体的复杂性。就像两个国家之间进行军备竞赛产生的新技术可以脱离并用于非军事目的一样,这些由于转录元件和宿主基因组之间的“军备竞赛”所导致的新的调节机制可以用于加速生物水平的进化。 一个相对的突然遗传变异导致进化改变的理念由来已久。科学家们,例如后来的Stephen Jay Gould在二十多年以前提出了一种被称为“点断平衡机制”的学说。这一学说并没有完全被科学家们接受,它假设进化更依赖于基因组突然的、非预期的变化,而不是达尔文提出的需要极端长期的自然选择所导致的逐渐进化。当达尔文的理论已经提出一个多世纪以后,用现代的工具对DNA进行分析,发现人和黑猩猩的DNA有超过95%的一致性,为突变的起源提供了线索。然而,为突然的遗传变异寻找真正的证据却进展缓慢。但是,通过使用系统发生统计,McDonald和King能够区分最新的人内源性逆转录病毒(HERVs)和更为古老的种系。
在发现人专一性逆转录病毒的同时,另一些研究人员认为人和黑猩猩的分歧是突然事件。同样令人感兴趣的是,人们发现最古老的HERV亚家族元件与最新出现的元件紧密相关,并且最新的元件是由最古老的元件派生出来的。作者指出:“这表明古老的HERVs家族具有能够在长期的进化时段中保持生物活力的潜力。” 关于这些逆转录元件如何在人的基因组中游弋,并有可能导致形态学水平的有机体改变还只有假说。但是,越来越多的证据表明它们曾经是,并且现在仍然是驱使细胞和生物水平进化的动力。虽然这只是初步的证据,但已经表明有可能正是它们使人类成为今天的样子。 新生命网站
内源性逆转录病毒的另一重大作用:
德克萨斯A&M 大学和Glasgow Veterinary大学研究人员Thomas Spencer等发现,自然状态下的内源性逆转录病毒endogenous retroviruses是绵羊怀孕所必需的。与绵羊肺腺瘤病毒(Jaagsiekte sheep retrovirus)或称enJSRVs相关的内源性逆转录病毒,在妊娠早期即胚胎开始发育期发挥关键作用。研究结果刊登于9月11日《Proceedings of the National Academy of Sciences》。
逆转录病毒如人类免疫缺陷病毒,是一类以引发疾病著称的病毒。 其与众不同之处在于能够永久地将其遗传物质插入宿主的DNA中。随着哺乳动物的进化,一些逆转录病毒感染了宿主的生殖细胞,进而遗传给宿主的子代。内源性逆转录病毒几乎在所有哺乳动物的饿基因组中都存在,包括人类。因此某种程度上可以说内源性逆转录病毒是远古反转病毒感染(retroviral infections)在哺乳动物体内的残留,大多数研究人员将内源性病毒视为垃圾DNA(junk DNA)。
适应(adaptation)生物特有的普遍存在的现象,包含两方面涵义:①生物的结构(从生物大分子、细胞,到组织器官、系统、个体乃至由个体组成的群体等)大都适合于一定的功能。例如DNA分子结构适合于遗传信息的存贮和“半保守”的自我复制;各种细胞器适合于细胞水平上的各种功能(有丝分裂器适合于细胞分裂过程中遗传物质的重新分配,纤毛、鞭毛适合于细胞的运动);高等动植物个体的各种组织和器官分别适合于个体的各种营养和繁殖功能;由许多个体组成的生物群体或社会组织(如蜜蜂、蚂蚁的社会组织)的结构适合于整个群体的取食、繁育、防卫等功能。在生物的各个层次上都显示出结构与功能的对应关系。②生物的结构与其功能适合于该生物在一定环境条件下的生存和繁殖。例如鱼鳃的结构及其呼吸功能适合于鱼在水环境中的生存,陆地脊椎动物肺的结构及其功能适合于该动物在陆地环境的生存,等等。
“Stephen Jay Gould在二十多年以前提出了一种被称为“点断平衡机制”的学说。这一学说并没有完全被科学家们接受,它假设进化更依赖于基因组突然的、非预期的变化,而不是达尔文提出的需要极端长期的自然选择所导致的逐渐进化。”