基因丢失可能会使生命演化得更加复杂

来源：新浪探索

有机体往往会在演化过程中失去看似重要的基因，但它们能够生存下来，甚至茁壮成长，靠的就是找到新的方法来应对旧的挑战。

近期的一些研究显示，基因组复杂性的降低——包括关键基因的丢失——可能成功塑造了地球历史上的生命演化。

2000年代初，克里斯蒂安•卡内斯特罗（Cristian Cañestro）开始研究具有大脑和脊椎的动物如何演化，他选择了一类名为“住囊虫”（Oikopleura）的尾海鞘纲动物作为研究对象。与所有海鞘一样，住囊虫也有一个很小的大脑和神经索，但与其他海鞘不同的是，住囊虫在逐渐成熟的过程中不会经历变态，即终生保持幼体有尾的状态。卡内斯特罗认为，住囊虫与其他海鞘相比，可能保留了更简单、更古老的特征，而这些特征或许可以帮助我们了解它们的演化起源。

和其他海鞘一样，住囊虫也有大脑和神经索。然而，它们缺少某些在形成特定解剖结构时必不可少的基因，也缺少许多其他动物中广泛保留的基因。

“这就是我挫折的开始，”卡内斯特罗说道。他是西班牙巴塞罗那大学的遗传学、微生物学和统计学教授，也是该校生物多样性研究所的课题组负责人。他的团队未能在住囊虫的基因组中找到某些本该存在的基因；在动物界中，这些基因非常保守（不变异）。尤其是，他们没有发现任何一个参与视黄酸（retinoic acid，又称维甲酸）合成、改性或降解的基因。视黄酸受体基因也没有。然而，视黄酸信号被认为是构成大脑、神经索和其他重要特征的必要因素。此外，住囊虫也缺乏一种似乎对触发心脏组织发育至关重要的基因。

“当你在脑海中想象一辆车的时候，它当然会有轮子，对吧？现在，如果我告诉你，我发现了一辆没有轮子的车呢？”卡内斯特罗问道，“我们发现的情况是，那些我们认为至关重要的东西并不存在，但（它们制造的）结构还在那里。这就会让你重新思考某些基因的重要性。”

今年早些时候，《自然-生态与演化》杂志上刊登了两篇令人惊讶的分析文章，充分说明了基因可以多么的无足轻重，以及失去基因后，演化可以有多么高的创造性。通过分析数百个来自动物界的基因组，西班牙和英国的研究人员发现，生命演化树中普遍存在着惊人程度的基因缺失。

他们的研究结果表明，即使是早期的动物，也具有相对复杂的基因组，这是因为在生命史初期，基因复制出现了前所未有的激增。后来，随着动物谱系演化出具有不同的门，具有截然不同的形态，许多基因开始消失，而基因丢失继续成为此后演化的主要因素。事实上，基因的缺失很可能帮助了许多生物从它们的祖先中分离出来，并战胜了新的环境挑战。

德国耶拿大学的植物生物学家君特·泰森表示，直到最近，研究进化中的基因缺失还十分困难，因为“如果你看不到某种东西，可能是因为它不存在，但也可能是因为你找不到它”。科学家认为，基因丢失可能在共生或寄生物种中最为常见，因为它们可以通过将大量功能需求“外包”给生存伙伴或寄主，从而简化自身的基因组。

现在，研究人员可以获取更多且更高质量的基因组，从而检查整个动物界的基因丢失模式，并清楚地表明这种现象并不局限于简化或寄生的动物群体。在英国布里斯托尔大学从事比较基因组学研究的演化生物学家乔迪·帕普斯说：“在动物界的演化过程中，有一些时期的基因缺失并不伴随着形态简化。”在前述两篇大型基因组分析论文中，帕普斯参与了其中一篇的撰写。

在认识到基因丢失对整个动物界演化的重要性之后，科学家就着手展开新的研究。当遗传学家试图了解基因的功能时，他们会培育出基因被“敲除”的突变小鼠，看看这些动物是否会出现反应，以及如何应对这种基因丢失。事实上，科学家已经发现，大自然进行了大量的基因敲除实验——不仅是住囊虫，而是所有复杂的生物体。这一发现为演化如何影响发育（反之亦然）提供了丰富的洞见，也是演化发育生物学这门学科的重点。