美科学家：自私dna在进化中起什么重要作用

美科学家：自私dna在进化中起什么重要作用

自然界中的基因有千万种，哪类基因最为常见和最为丰富?由美国南佛罗里达州立大学、圣迭戈州立大学和芝加哥大学科学家组成的研究小组在对大量基因组进行成功解码后找到了答案，那就是有“自私dna(脱氧核糖核酸)”之称的转座子。转座子基因的丰度和广度表明，它们在进化和生物多样性的保持中发挥了至关重要的作用。

转座子因其独特的行为在科学界获得了诸多“名号”。目前仅知的功能就是到处传播自己，故有人昵称其“自私基因”;根据转座子可在生物体内或生物体之间移动，并产生不断变化的遗传物质的特性，也有人将其叫做“跳跃基因”。南佛罗里达州立大学海洋科学学院研究员米亚?布赖特巴特称，转座子还有个称呼叫“剪贴基因”，它们能持续地改变和移动，有时甚至还能将其他基因一起带来。

此项发表在最新一期《核酸研究》上的发现之所以引起广泛关注，不仅是因其给这些常见的dna片段带来了新的认识，还在于科学家们在该项目中所进行的大规模的计算。该项目由圣迭戈州立大学牵头，使用了阿贡国家实验室的一台目前世界上最快的计算机用于测序分析。研究小组对数千种细菌、古细菌、真核和病毒的基因组序列以及数千种环境群落宏基因组中的蛋白编码基因和基因标签进行了分析。

布赖特巴特说，科学家们常在研究项目中使用转座子基因来进行各种实验，以对研究的生物体内的基因实施变异、破坏或是敲除等。但转座子也能带来新的功能，并创造出生物体内的多样性。研究人员表示，转座子基因在基因组中是如此的无所不在，以至于它们常常被忽略。它们能从一个地方迁移到另一个地方，引发出通常而言是有害的变异和重组，但偶尔其也能帮助生物体存活。

生物学教科书一般认为在光合作用中能固定二氧化碳的酶是地球上最为丰富的酶，也据此推测能对这种酶进行编码的基因也应当是最丰富的。共同研究者之一、开罗大学的拉米?阿齐兹表示，科学家们都会期待那些重要的基因会出现在自然界最丰富基因榜的前列，不过研究却发现，被某些科学家称为“垃圾dna”的转座子反倒统治着已知基因世界。

不过，转座子基因在整个自然界中并非均匀分布，有些基因组中有许多转座子基因，而另一些基因组中则缺失转座子基因。布赖特巴特表示，科学家们才刚刚开始理解转座子在环境中的存在和作用，这些极其成功的基因正到处扩散其dna，制作大量的副本并侵入所有类型的生命体。

在此前的研究中，已知转座子在人类基因组中占据40%的份额，不过从没有在不同生态系统中对其进行综合评估。阿齐兹表示，现在人们终于知道，在截至目前所采样的几乎每个生态系统中都有大量的此类基因存在，这些基因加速了变异和多元化的进程，从而驱动了不同生物体的进化。

为什么科学家认为有性繁殖是生命进化史中重要的一环？

在地球从早期的混沌到后来的平稳过渡阶段，生命的出现给这个死气沉沉的世界带来了颜色。而在真正的细胞（真核细胞）形成前，生命所需的各种能量都有磷酸化合物传输，遗传也主要靠RNA来实现，DNA更多的是控制生物的生殖以及蛋白质的形成。在那个阶段，地球上某些地域的水都是沸腾的，那些细菌却能自由的生活其中，以硫磺为食。那些细菌在当时的地位，就像现在人类的地位一样。

氧气：废弃物还是必需品

而那些从光合作用中释放出来的氧气慢慢的与原始大气结合，最终改变了原始大气的构成结构，而那些对微生物来说是致命的氧气，反而成了后来生物最需要的东西。如果没有当时这一系列的变化，生命的进化也一定是停滞不前的。细胞融合的方式也有了新的发展：较大的细胞将细菌融入体内，这样的话，原来那些能够进行光合作用的细菌就变成了细胞中能进行光合作用的细胞器。从此以后，随着新物种的不断出现，地球也开始变得更加多姿多彩起来。

遗传的优异性：分裂生殖和有性生殖

细菌的繁殖更简单，它们通过细胞分裂来实现，这就是一种无性生殖。科学家认为，有性生殖在生命进化中有着至关重要的意义，甚至比DNA在生物遗传中起到的作用都更大。至于有性生殖是如何起源的，科学家至今也还没有答案，但可以确定的是，有性生殖已经具有漫长的历史，甚至可以从寒武纪早期的化石上看到有性生殖的特征。

所以，有性生殖之所以能成为生命进化史上的重要一环。答案是简单的，生命因有性生殖的存在而变得丰富多彩；同时答案又是神秘的，至今我们也没有找到有性生殖是怎样起源的。也许再过很久，世间的繁衍方式还会出现新的变化，或者就此消亡。但只要地球还依然存在着，这里的原始细胞就还会再度繁衍下去，直到地球也消失的那天。

论述环境基因组学的意义和研究的主要内容

现代遗传[1]学家认为，基因是DNA(脱氧核糖核酸)分子上具有遗传效应的特定核苷酸序列的总称，是具有遗传效应的DNA分子片段。基因位于染色体上，并在染色体上呈线性排列。基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下一代，还可以使遗传信息得到表达。不同人种之间头发、肤色、眼睛、鼻子等不同，是基因差异所致。人类只有一个基因组，大约有3万个基因。人类基因组计划是美国科学家于1985年率先提出的，旨在阐明人类基因组30亿个碱基对的序列，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，使人类第一次在分子水平上全面地认识自我。计划于1990年正式启动，这一价值30亿美元的计划的目标是，为30亿个碱基对构成的人类基因组精确测序，从而最终弄清楚每种基因制造的蛋白质及其作用。打个比方，这一过程就好像以步行的方式画出从北京到上海的路线图，并标明沿途的每一座山峰与山谷。虽然很慢，但每一座山峰与山谷。虽然很慢，但非常精确。随着人类基因组逐渐被破译，一张生命之图将被绘就，人们的生活也将发生巨大变化。基因药物已经走进人们的生活，利用基因治疗更多的疾病不再是一个奢望。因为随着我们对人类本身的了解迈上新的台阶，很多疾病的病因将被揭开，药物就会设计得更好些，治疗方案就能“对因下药”，生活起居、饮食习惯有可能根据基因情况进行调整，人类的整体康健状状况将会提高，二十一世纪的医学基础将由此奠定。利用基因，人们可以改良果蔬品种，提高农作物的品质，更多的转基因植物和动物、食品将问世，人类可能在新世纪里培育出超级物作。通过控制人体的生化特性，人类将能够恢复或修复人体细胞和器官的功能，甚至改变人类的进化过程。 20世纪被很多人认为是物理学的世纪。我很欣赏这样的描述：这一世纪从人类认识物质的基本组成———原子结构开始。原子弹爆炸与人类登月是这一世纪最辉煌成就的一部分，而最后以最简单无机硅制造的马铃薯芯片(Chip)使人类进入了信息时代！ 20世纪还孕育了另一个世纪：这是从我们重新发现生命的最基本信息———基因开始。50年代的遗传物质结构模型的提出与70年代遗传工程技术的成立使之趋于成熟，而90年代开始的国际人类基因组计划把人类带进了另一个世纪。现在我想以人类基因组计划的发展来谈一谈人类在自然界中的位置，再谈自然与“人为”的问题。 从前，当我们讨论“科学是双刃剑”时，我们关心的仅仅是人类的敌人可能也会挥起这柄剑，如希特勒、如山本五十六。现在，我们的问题一下子复杂起来了。我们的法律一下子在克隆人类等新问题前变得无所适从，或无能为力。我们把它们归咎于道义或伦理问题。实际上，就是自然与人为的问题。人类基因组计划在科学上的目的，是测定组成人类基因组的30亿个核苷酸的序列。从而奠定阐明人类所有基因的结构与功能，解读人类的遗传信息，揭开人类奥秘的基础。由于生命物质的一致性与生物进化的连续性，这就意味着揭开生命最终奥秘的关键，也就是人类基因组计划的所有理论、策略与技术，是在研究人类这一最为高级、最为复杂的生物系统中形成的。规模化就是随着人类基因组计划的启动而诞生，随着人类基因组计划的进展成功而发展的“基因组学”。生物学家第一次从整个基因组的规模去认识、去研究，而不是大家分头一个一个去发现，基因研究将是基因组学区别于基因组(genetics)与所有涉及基因的学科的主要地方。基因组规模也改变了经典的实验室规模，改变了原有的实验方式，这也许是“国际人类基因组计划”只有6个正式成员国与16个中心的原因之一。生物的序列化即生命科学以序列为基础。这是新时代的生命科学区别于以前的生物学的最主要的特点。随着人类基因组序列图的最终完成，SNP(单核苷酸多态性，即序列差异)的发现以及比较基因组学古代DNA、“食物基因组计划”、“病原与环境基因组计划”(主要是致命致病学)以及与之有关的人类易感性有关序列的推进，有科学、经济、医学意义的主要物种的基因组序列图都将问世。我们从序列中得到的信息，已经比到现在为止的所有生物研究积累的信息还要多。生物学第一次成为以数据(具体的序列数据)为根据与导向，而不是再以假说与概念为导向的科学。即使进化这一生命最实质的特征以及进化的研究，都把因多种模式及其他生物的基因组序列为基础。古代DNA的研究，也不再是因时间与过去了的环境而惟一不能在实验室重复的进化研究，从而揭示生命进化的奥秘与古今生物的联系。这就帮助人们更好地认识人类在生物世界中的关系。生物的信息化，是借助于电子计算机的威力，也借助于把地球变小的网络。没有它们，国际人类基因组计划的协调与全世界的及时公布是不可能的。没有全部的软件与硬件，人类基因组计划一切都不可能。序列一经读出，它的质控、组装，以至于递交、分析都有赖于生物信息学，而现在开始，序列的意义完全决定于生物信息学。没有电子计算机的分析与正在爆炸的信息的比较，序列又有何用？人类基因组计划之所以引人注目，首先源于人们对健康的需求。疾病问题是自然影响健康的首要因子，是每一个人、每一对父母、每一个家庭、每一个国家政府所不得不考虑的问题。因为人类对健康的追求，从来都不曾懈怠过。 基因工程的意义 （一）遗传工程的用途主要是用来形成自然界中没有的生物新品种、新物种，进而利用这些生物生产人类所需要的其他产品。当前，生物学中富有尖力的基因工程技术正以惊人的速度发展着，其中如DNA序列测定技术、基因突变技术以及基因扩增技术等一大批新技术正在逐渐走向成熟。下面我们只是简单介绍一下基因工程的基本技术的应用。 二十多年前诞生的基因工程使整个生物学科学、生物技术进入了一个新的时代，传统的生物技术与基因 工程的结合，焕发了青春，产生了富有无限生机的现代技术。 例如，从前用原来的生物技术要获得1毫克生长激素抑制素，需用10万只羊的下丘脑才行，其所耗费资金的数量，与航天领域中，借助于载人飞行器阿波罗宇宙飞船从月球上搬回1公斤石头相当。现在，借助于基因工程，就简单多了，所需费用也小得多，只要2升细菌培养液就可以了。我们将人工合成的人生长激素抑制素基因，通过重组成为一个高效表达载体，它们在大肠杆菌中进行表达，只需要10升这种重组的大肠杆菌培养液，就可以获得到了。 （二）基因工程可用于医疗。例如，许多人生病是因为体内缺少一定量的某种抗体。用传统的方法来制备抗体，时间长耗资大，而且不够稳定。1989年，美国生物学家运用基因工程技术，将获得抗体的重链基因和轻链基因进行基因重组，并使之转入烟草细胞，利用植物细胞组织培养技术，培养出了转基因烟草。这样，在烟草叶片上就能够产生占叶蛋白总量1.3％的抗体，这些抗体足够27万病人使用1年！ 基因工程前景广阔，各国科学家都在加紧研究。我们国家的基因工程研究，与国外相比，虽起步较晚，但也获得了较大的发展，取得了一定的科研成果。例如，已经研制成功和正在研制的基因工程产品就有几十种，有些已经投产并开始使用，如基因工程α—干扰素，基因工程乙型肝炎疫苗等等。 总之，基因工程及应用给传统生物技术带来了彻底的革新，而且其应用范围仍然在不断加深、扩大，前景是十分诱人的。它等待着我们这一代青少年，去探索，去实践，从而取得更大的成功。

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