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人类为什么是人类?Y染色体会消失吗?           ★★★
人类为什么是人类?Y染色体会消失吗?
作者:佚名 365bet平台返利_365bet彩票_澳门365bet来源:中国青年报 点击数: 更新时间:2008-5-17 0:47:32

9月1日,来自世界各国20多个科研机构的67名科学家在《自然》杂志上发表了黑猩猩基因组序列草图。借助这种与我们亲缘关系最近的动物的基因组序列,科学家得以一窥人类和黑猩猩进化过程中的奥妙。初步的分析结果显示,人和黑猩猩只有百分之几的DNA是不同的。

自从4年前科学家公布了人类基因组草图之后,这次发表的黑猩猩基因组草图是第一份除人类之外的灵长类动物的基因组草图。此外,科学家于2002年和2004年分别发表了小鼠和大鼠的基因组草图,黑猩猩是第4个加入基因组序列俱乐部的哺乳动物。“我们最近的亲戚——黑猩猩基因组序列草图的发表,代表了一个意义深远的科学里程碑。”牛津大学威尔康信托人类遗传研究中心的西蒙·费希尔(SimonFisher)博士评论说,“这部分是因为它为科学家研究人类为什么是人类这一问题,提供了至关重要的新资源。”

黑猩猩和人类应该同划分在人属或者黑猩猩属

为黑猩猩基因组计划提供样本的是一只叫做克林特(Clint)的雄性黑猩猩。克林特没能看到它的基因组草图正式发表,及科学家把它和人类基因组比较的结果。今年1月,它在美国 亚特兰大国立灵长类研究中心因心脏病发作死去,时年24岁(黑猩猩的一般寿命不超过60岁)。

对克林特基因组研究得出的部分结果并不令人感到意外:如果把基因组比作一本由AGCT4种字母写成的书,那么人类和黑猩猩基因组书(都由大约30亿个字母组成)的单个字母变化构成的差异大约只有1.2%。

实际上,几十年前科学家就已经知道了类似的结果。科学家经常使用一种叫做“分子杂交”的方法推定两个物种之间的DNA差异。具体做法是把两个物种的DNA单链融合在一起,然后对这条新的DNA加热。两个物种DNA序列的相似程度越高,让这条DNA双链解开的温度也就越高。用这种方法,科学家推测出黑猩猩和人的DNA相似程度是大约98.5%,黑猩猩是与人类亲缘关系最近的动物。

但是这种间接的方法忽略掉了另外一种DNA差异,科学家称之为“插入/删除”现象,即一段DNA被插入了一个物种的基因组,或者一段DNA整个地从基因组中删掉。在人和黑猩猩的基因组序列比较中,可以逐字寻找到这种“插入/删除”现象。科学家发现“插入/删除”造成的差异占去了基因组的约3%。

此外,人类和黑猩猩的基因组还存在着其他的差别。参与了黑猩猩基因组测序的西雅图华盛顿大学生物学家艾文·艾希勒(EvanEichler)和他的同事发现,大段DNA(大于2万个“字母”)复制现象,造成了人和黑猩猩基因组之间另外一个2.7%的差异。这种大段DNA复制就如同把书的几页拷贝下来,然后又重新粘贴到了书里。这项研究结果也发表在了同期的《自然》杂志上。

很多科学家认为,黑猩猩和我们人类应该同划分在人属或者黑猩猩属(这取决于站在哪个物种的地位上思考)。尽管这种大规模复制造成的差异让艾希勒吃惊,他依旧认为这并不影响黑猩猩的分类问题。“即便加上这另外的2.7%遗传差异,黑猩猩仍然是与我们亲缘最近的物种,”艾希勒告诉笔者,“这个发现没有改变分类,但是它表明我们应该考虑单碱基对差异之外的变异形式。”

何以为人,人类与黑猩猩600万年前分道扬镳

1990年启动的人类基因组计划共耗资27亿美元,用了超过10年时间才绘制出人类基因组序列草图。随着技术的进步,基因组测序的时间和费用都显着降低了。2002年1月,美国人类基因组研究所决定把黑猩猩列入最优先资助的测序项目,测序工作开始。2003年12月,科学家完成了黑猩猩基因组草图的测序工作,并把序列存入了公共数据库。科学家又用一年半时间对黑猩猩基因组和人类基因组进行了比较。

西雅图华盛顿大学基因组中心(主导这项测序工作的机构之一)的科学家,在一份备忘录里承认,很难回答测序到底要花多少钱,“因为测序费用一直在下降”。如今,测定一种哺乳动物的基因组大约只需不到3000万美元。而这份黑猩猩基因组的花费可能比这还少一点。

不断丰富的生物基因组数据库让科学家有机会对各种生物的基因组进行比较,从而更好地理解人类基因的结构和功能,找到对抗人类疾病的新方法。例如,对于人类和果蝇基因组的比较显示,人类和果蝇共享了约60%的基因,而许多和人类癌症有关的基因也可以在果蝇身上找到对应物。这样,果蝇就可以为医学研究做出重要贡献。

比较人与黑猩猩的基因组,是生物学家长久以来的一个梦想。大约600万年前,人类和黑猩猩从它们的共同祖先中分离出来,走上了不同的进化道路。这两个物种的遗传差异只有百分之几,那么是什么造就了人类的独特性?“对于现代人和黑猩猩从共同祖先进化来的这段时间中发生的遗传变化,现在已经有了一个几乎完备的目录。通过把这份目录与临床观察和其他生物学的数据相比较,我们就可以找到那些让人类产生独特特征的变化。”这项测序工作的参与者之一、麻省理工学院Broad研究所的塔杰·密克尔森(TarjeiMikkelsen)评论说。

此前,对于黑猩猩和人类差异的研究已经获得了一些令人感兴趣的成果。黑猩猩和人都会感染疟疾,但是能让黑猩猩发病的疟原虫不能让人类发病,反之亦然。原因在于人类和黑猩猩分离之后的600万年中,两者基因组的某些细节发生了变化,导致两种疟原虫对人和黑猩猩不能相互“兼容”。当3年前科学家申请黑猩猩基因测序经费的时候,提到的理由之一就是,比较人类和黑猩猩的基因组有助于更好地理解和治疗人类的一些疾病。

这次,科学家发现,超过50个属于人类的基因在黑猩猩基因组中丢失或者被部分地删除了。例如,有3个和炎症相关的基因就在黑猩猩基因组中被删除了。科学家认为,这可能有助于解释人和黑猩猩在免疫和炎症方面的差异。但是从基因得失的角度看,人类也并非总是走运:人类失去了一个名为caspase-12的基因的功能。这个基因有助于其他动物阻止阿尔茨海默氏症(俗称老年痴呆症)的发生。

一些科学家警告说,测出黑猩猩基因组的序列,只是非常初步的一项工作。“对于‘何以为人’这个迷人而又基础的问题,我们现在能够给出一个基于DNA的答案吗?”美国科罗拉多大学的埃德温·麦克康凯(EdwinMcConkey)和加州大学圣地亚哥分校的阿吉特·瓦尔基(AjitVarki)在同一周《科学》杂志上发表的见解认为:“根本不能!”他们指出,迄今对于人类和黑猩猩基因组的比较,尚不能回答诸如两足行走、大的大脑、语言能力和抽象思维,以及人类所拥有的其他独特能力的遗传基础是什么。

男性独有的Y染色体会在未来消失吗

在同一期的《自然》杂志上还发表了另一项关于黑猩猩和人类基因组比较的研究。这项研究为男性的未来命运提供了一个可能的答案。

近年来,有一个关于Y染色体正在走向消亡的理论。Y染色体是男性独有的染色体,每个男性的Y染色体都是完全从父亲一方继承的。一些科学家怀疑,这条形单影只的Y染色体不能像其他染色体那样通过与“同伴”染色体相互交换基因而维持自身的稳定存在,这导致在上万年的进化史中,Y染色体会不断失去基因,最终走向消亡。

但是麻省理工学院怀特黑德生物医学研究所的戴维·佩奇(DavidPage)领导的一项研究显示,这个Y染色体消亡的故事或许不会发生。“与最近10年间变得流行的预言相反,Y染色体的天并没有塌下来。”佩奇说。

两年前,佩奇等人在《自然》杂志上发表了他们对于人类Y染色体的一项研究成果。他们发现,在Y染色体的一个特定区域上,有一种修复突变基因的独特的方式:这个区域的基因是以“回文”(从正反两个方向读起来都一样的文字)形式排列的。Y染色体的这个区域不必借助于同伴,就可以进行自身修复。但Y染色体的另一个称作“X退化”的区域却没有回文结构,因此,关于Y染色体消亡的预言仍然有可能变成现实。

为了探寻这种可能性,佩奇领导的研究组比较了人类和黑猩猩Y染色体的这个区域。当人类和黑猩猩在约600万年前从共同祖先走上不同的进化道路之后,他们各自的Y染色体会发生什么变化呢?如果比较的结果显示,人类的Y染色体比黑猩猩的Y染色体丢失了一些基因,就说明人类的Y染色体确实在这几百万年里走了下坡路。

但佩奇等人的研究结果正好相反。在过去的600万年中,对于“X退化”区域中的16个基因,黑猩猩已经因为基因突变而失去了其中5个基因的功能,而人类的版本仍然能正常工作。因此,至少人类Y染色体的消亡不会很快来临。“即便Y染色体从3亿年前起源之后,已经失去了很多基因,在过去的600万年中,它在人类身上还是保持了稳定。”佩奇实验室的博士后詹妮弗·休斯(JenniferHughes)说。“我们相信一个叫做‘净化选择’(purifyingselection)的过程起了维持人类Y染色体稳定的作用。”休斯告诉笔者。携带有害基因的个体繁殖的后代更少,有害基因随着时间推移而逐渐出局。

佩奇的研究组推测,黑猩猩的生殖习惯是让它们失去这5个基因的主要原因。与人类在很大程度上的单偶制习惯不同,一个雌性黑猩猩可能与许多雄性黑猩猩交配。能够赢得这场“精子战争”的雄性黑猩猩就得到了进化的眷顾,但是这也可能导致了一些有害的突变搭上了胜利者的车——能够更多地繁衍后代,这是最大的胜利。

人类男性或许可以对自己的命运松一口气了,但黑猩猩和它的大猿亲戚们(红毛猩猩、大猩猩和矮黑猩猩)却面临着在短时间内灭绝的危险。由于比较人类和这几种大猿的基因组有很高的研究价值,科学家正着手测定它们的基因组序列:大猩猩基因组的测序工作将于下个月开始,红毛猩猩的测序工作也将于明年启动。

科学家提醒人们,这些珍贵的研究资源正在因为天灾人祸而迅速地消失。同一周的《科学》杂志社论指出,目前在野外环境中大约只剩下10万只大猩猩、10万只黑猩猩、1万只矮黑猩猩和3万只红毛猩猩。“考虑到我们已经让黑猩猩面临着怎样的灭绝危险”,休斯说,“我不认为黑猩猩应该担心它们的Y染色体。”

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