費(fèi)里斯?賈布爾

基因從一個(gè)物種跳躍到另一個(gè)物種，這種事比我們想象中要常見。這么說會撼動生命之樹嗎？

李飛葦下車向四處張望。除了一道陳舊的木柵欄和散布著碎石的濕乎乎的水溝之外，沒什么可看。難道這就是那個(gè)地方？李飛葦，杜克大學(xué)的一位教授， 從北卡羅來納開車7

小時(shí)到達(dá)佛羅里達(dá)的這個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，來尋找角苔類植物：這是最早一些陸地植物幸存的后代。

他搜尋了整整1小時(shí)，一無所獲。他心里開始不安，因?yàn)檫@是私人領(lǐng)地，他到這里來未

經(jīng)許可。他想走，可又不甘心，所以在放棄之前決定換一處搜尋。這一次，在堆滿垃圾的水溝里面，他找到了。大多數(shù)人很可能把這些直豎的綠色東西誤認(rèn)為草葉，可李教授一眼就認(rèn)出這是角苔類植物。他將雙手伸入泥土挖出這些無根的植物，把它們裝入一個(gè)塑料的冷卻器。這是一包看上去很不起眼的土和草，可是有了它就能譜寫植物進(jìn)化史上的新篇章。很久以前，角苔綱干了一件不該植物干的事：它打破了物種的屏障，與截然不同的蕨類交換了DNA。

在距今3億至1.3億年間，隨著樹和有花植物開始統(tǒng)治地球，一直以來喜愛太陽的蕨類

發(fā)現(xiàn)自己被森林密密的樹冠圈在了底下。在這樣的濃蔭下，大多數(shù)蕨類消失了，而幸存下

來的那些學(xué)會了依靠微弱光線來維持生命。這些頑強(qiáng)拼搏的植物進(jìn)化出一種分子，叫作新

型色素，能夠探測到紅光和藍(lán)光，幫助自己向任何光線伸展，想方設(shè)法地穿過濃密樹葉的遮擋。

DNA 從一個(gè)生物體傳到另一個(gè)通常無關(guān)的生物體，而非“垂直地”從父母傳給孩子。

新型色素是從哪里來的？長久以來，科學(xué)家解答不了這個(gè)問題。誰都知道，為新型色素編碼的基因只存在于兩類相隔數(shù)億年的植物里：蕨類和藻類。這極不可能是同一個(gè)祖先遺傳下來的基因，卻不知怎么會掠過藻類和蕨類之間的所有植物譜系。大約2年前， 李教授在分析一個(gè)新型巨大的基因測序時(shí)，為一群植物新色素的基因找到了一個(gè)幾乎完全相同的匹配。之前，沒有人知道這些植物有角苔的這種光敏蛋白。通過后來對活標(biāo)本（就是他在佛羅里達(dá)搞到的那些）的DNA 分析，他證實(shí)了自己的推測：蕨類不是自身演變出新型色素，而是從角苔那里獲取的。

蕨類的生命周期為此提供了一些線索。蕨類有兩種獨(dú)特形態(tài)：柔軟如羽毛的成年形態(tài)和閃亮的心形葉，稱為配子體，蕨類在這兩種狀態(tài)中交替變化。配子體的生產(chǎn)和分泌必需精和卵，或者說必須在另一個(gè)配子體上找到配子，這樣才能生出新的成年蕨類。蕨類的精子和卵子如此暴露，就很容易與角苔類以類似方式排放的精或卵接觸。如果兩者發(fā)現(xiàn)彼此的配子破損或畸形，就會在與同類結(jié)合之前穿過破膜彼此交易起DNA 來。

幾十年來，科學(xué)家已經(jīng)知道，像細(xì)菌和其他微生物這樣的原核生物在其D N A 周圍缺

少一個(gè)保護(hù)性的核，一直彼此交換著基因物質(zhì)。研究人員也記錄了無數(shù)個(gè)病毒穿梭于動物

（包括我們?nèi)祟愒趦?nèi)）基因組的案例。

在過去1 0年里，有一點(diǎn)越來越清楚：這種自由的基因交換不限于微觀世界的DNA，同樣也發(fā)生在動物、菌類和植物的基因之間。這些生物總體被稱為真核生物，因?yàn)樗鼈兊募?xì)胞里面都擁有細(xì)胞核。蕨類和角苔類之間的這種古老結(jié)合，是一系列新發(fā)現(xiàn)的水平基因轉(zhuǎn)移實(shí)例中最新的例子：DNA 從一個(gè)生物體傳到另一個(gè)通常無關(guān)的生物體，而非“垂直地”從父母傳給孩子。事實(shí)上，在生命史的整個(gè)過程中，所有生物之間都發(fā)生過水平基因轉(zhuǎn)移，不僅發(fā)生在物種之間，還發(fā)生在生命的不同王國之間。細(xì)菌基因在植物里終結(jié)，菌類基因在動物里終結(jié)，蛇與蛙的基因進(jìn)入牛和蝙蝠。這樣看起來，每一個(gè)現(xiàn)代物種的基因組似乎都是從許多不同生命形式那里借來的基因拼湊而成的嵌合體。

巴西利亞大學(xué)生物學(xué)家安東尼奧·特謝拉說：“科學(xué)家看到的只是巨大冰山之一角?！奔幽么笮滤箍粕岽鳡柡浪勾髮W(xué)生化學(xué)家W. 福特·杜利特爾同意這個(gè)觀點(diǎn)，他說水平基因轉(zhuǎn)移“比1 0年前我們能夠猜想到的要廣泛得多，其結(jié)果也比我們想象的嚴(yán)重得多”?，F(xiàn)在，研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了物種之間、生命王國之間基因轉(zhuǎn)移的許多實(shí)例，還有更多的實(shí)例等待他們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。因此，他們不得不調(diào)整自己對進(jìn)化機(jī)制的理解。標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)化理論不解釋復(fù)雜生物體從其他物種突然獲得基因的可能性，更不用解釋這些外來基因如何使一種生物升華或是衰退。這么想這個(gè)問題吧：如果現(xiàn)存物種的基因組是偉大的進(jìn)化之樹不同枝條上的花朵，水平基因轉(zhuǎn)移就是一股惡風(fēng)，它把一處的花粉無情地刮向另一處。

復(fù)雜生物體之間水平基因轉(zhuǎn)移的念頭最初出現(xiàn)于幾十年前。2 0世紀(jì)4 0年代，在紐約的冷泉港實(shí)驗(yàn)室，芭芭拉·麥克林托克發(fā)現(xiàn)玉米的有些基因會從染色體的一個(gè)位置冒出并轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置。在一個(gè)具體的細(xì)胞核里面，發(fā)生這種轉(zhuǎn)置的程度決定著它彩色斑紋的獨(dú)特圖案。芭芭拉·麥克林托克開拓性的研究首次證明了基因組富有活力，其秩序并不是永遠(yuǎn)固定不變。

這個(gè)概念很難讓科學(xué)家普遍接受。然而，到了2 0世紀(jì)7 0年代，其他研究人員發(fā)現(xiàn)了跳躍基因，或者說轉(zhuǎn)座子?？茖W(xué)界終于開始一致稱贊芭芭拉· 麥克林托克的工作，她也因此于1 9 8 3年獲得了諾貝爾醫(yī)學(xué)與生理學(xué)獎?？茖W(xué)家現(xiàn)在知道，轉(zhuǎn)座子極其豐富，常常占去一個(gè)基因組的一大半，有的從一條染色體上的一處分離轉(zhuǎn)移到另一處，有的采用拷貝然后粘貼的方法快速增殖。為了實(shí)現(xiàn)這些跳躍，轉(zhuǎn)座子依賴兩大策略：①包含一個(gè)基因序列對轉(zhuǎn)座酶進(jìn)行編碼，轉(zhuǎn)座酶能夠從目前位置砍下一個(gè)轉(zhuǎn)座子，將其引向別處；②利用一組不同的酶生產(chǎn)RNA 串，并將其轉(zhuǎn)化為DNA，再回歸宿主基因組。

P 因子曾戲劇性地說明基因有多大的活力，說明它有多大的潛力無視不同物種DNA 的界線，形成有機(jī)體的演變。

在芭芭拉· 麥克林托克辯護(hù)期間，科學(xué)家在果蠅中偶然發(fā)現(xiàn)一個(gè)極其突出的轉(zhuǎn)座子。

在亞利桑那州立大學(xué)，瑪格麗特· 基德韋爾當(dāng)時(shí)正在對實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下養(yǎng)育的雌果蠅用野生

雄果蠅交配?；马f爾吃驚地發(fā)現(xiàn)，她做媒的這對果蠅的后代不育，而且充滿有害的基因

突變。

進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，這些變異的根源在于一個(gè)轉(zhuǎn)座子，這個(gè)轉(zhuǎn)座子后來被命名為P 因

子。在此前5 0年的某個(gè)時(shí)候，這個(gè)移動基因幾乎滲透了每個(gè)野生果蠅種群?？茖W(xué)家把一些

果蠅種群在實(shí)驗(yàn)室封閉了幾十年，保護(hù)它們未受這種感染。野生果蠅演化出抑制P 因子引發(fā)的遺傳混沌的策略，而實(shí)驗(yàn)室里的種群沒有。因此，它們的雜交后代就很脆弱。更為奇怪的是，研究人員發(fā)現(xiàn)，P 因子最初是從另一個(gè)果蠅種群跳躍到野生種群的。

雖然這兩種果蠅生活在相同的區(qū)域，但在性上是無法相容的。那么，P 因子是怎樣實(shí)現(xiàn)這種神奇跳躍的？瑪格麗特·基德韋爾的同事瑪里琳·胡克懷疑，走私基因的是一種肛厲螨類，通常寄生于兩類果蠅上，用其針一般的口器吸吮果蠅卵和幼蟲的營養(yǎng)?？梢韵胂?，這種寄生蟲能把一個(gè)果蠅的卵轉(zhuǎn)移到另一個(gè)果蠅的卵里去。跟蹤研究表明，寄生果蠅的螨的確帶有P 因子。

P 因子曾戲劇性地說明基因有多大的活力，說明它有多大的潛力無視不同物種DNA 的

界線，形成有機(jī)體的演變。從繁殖方面將實(shí)驗(yàn)室培育種群與野生種群隔離開來，部分要靠水平基因轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)，這是邁向物種形成的一大步。大多數(shù)生物學(xué)家仍然把昆蟲與其他動物之間的水平基因轉(zhuǎn)移視為一種異常現(xiàn)象。誠然，細(xì)菌與病毒每天都在交換DNA，可是提到動物、植物和菌類，這樣的遺傳侵入總體來說相當(dāng)罕見，在大多數(shù)情況下幾乎無關(guān)緊要。

這正是在過去的十年里，當(dāng)研究人員找到一個(gè)又一個(gè)基因轉(zhuǎn)移案例時(shí)所闡明的概念。猶他大學(xué)的塞德里克· 菲斯奇特說：“有一段時(shí)間，我們竟然沒能意識到轉(zhuǎn)座子會來自其他物種?，F(xiàn)在看來，我們自己的基因組也是由來自不同地方、帶著不同背景的遺傳原料拼湊成的。在我看來，這有著極其深遠(yuǎn)的意義，即使最大的真核細(xì)胞基因組也有這樣的補(bǔ)丁?！?/p>

2 1世紀(jì)初，塞德里克·菲斯奇特及其同事注意到各種哺乳動物的基因序列中有一些非

同尋常的模式，有些DNA 片段不能與確定的演變關(guān)系匹配。比如說，他們會在小鼠和大鼠

的D N A 中找到幾乎相同的序列，但是在松鼠身上找不到；相同序列出現(xiàn)在嬰猴這種夜間出沒的靈長類身上，可其他靈長類物種沒有。大鼠、小鼠以及嬰猴都不可能獨(dú)立演變出完全相同的DNA 組塊。更為復(fù)雜的是，這些淘氣的DNA 串不在不同物種相同染色體的相同位置上，而是變化多端。

在生命之樹史詩般的歷程中，BovB 在物種之間至少跳躍了9 次，似乎從爬行動物轉(zhuǎn)

移到了哺乳類。

2 0 0 8年，塞德里克·菲斯奇特及其同事發(fā)現(xiàn)，這些DNA序列并非垂直遺傳基因，而是一個(gè)普遍的轉(zhuǎn)座子，科學(xué)家將其命名為太空入侵者（簡稱SPIN）。這些太空入侵者除了出現(xiàn)在嬰猴和大小鼠的基因組中以外，還想方設(shè)法混入馬島猬、小棕蝙蝠、負(fù)鼠、綠色變色龍蜥蜴和非洲爪蛙的基因組，然后數(shù)千倍地繁殖自己或自己的簡略形式，而且大鼠和小鼠把一個(gè)SPIN 轉(zhuǎn)座子收為己有，把它變成了功能基因。但是，它到底扮演了什么具體角色至今仍然是一個(gè)謎。在過去的3 0 0 0萬年里，數(shù)個(gè)SPIN 滲透了小棕蝙蝠的基因組，復(fù)制的倍數(shù)極其巨大。這樣的擴(kuò)大與蝙蝠演化史上物種形成最迅速的一個(gè)時(shí)期正好吻合，但這遠(yuǎn)不是結(jié)論性的證據(jù)，無法證明水平基因轉(zhuǎn)移促成了物種的形成。

一種不同的轉(zhuǎn)座子，就是拷貝加粘貼的那一種，也擴(kuò)散到同樣多樣化的動物群體里。2 0 1 2年， 阿德萊德大學(xué)的大衛(wèi)· 阿德爾森和阿里· 瓦爾什及其同事在牛身上發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)座子BovB，在變色龍、負(fù)鼠、鴨嘴獸、小袋鼠、馬、海膽、桑蠶以及斑馬魚等身上也有。經(jīng)過傳統(tǒng)演變關(guān)系進(jìn)行垂直遺傳的觀點(diǎn)又一次不能解釋轉(zhuǎn)座子偶爾在此偶爾在彼的隨意顯化。在其生命之樹史詩般的旅程中，BovB 在物種之間至少跳躍了9次，似乎從爬行動物轉(zhuǎn)移到了哺乳類。

一個(gè)小小的D N A 片段是如何進(jìn)入那些生境分布差異很大、進(jìn)化距離很遠(yuǎn)的生物當(dāng)中

的呢？比如，從來都未曾遇見對方，更不用提是不是會出現(xiàn)交配的動物？這或許跟一種掌

握了搭便車藝術(shù)的生物相關(guān)：扁虱。阿德爾森、瓦爾什及其同事在附身于爬行動物的幾種扁虱中發(fā)現(xiàn)了BovB。與此類似，在發(fā)現(xiàn)SPIN幾年之后，塞德里克·菲斯奇特及其同事在另外兩種生物中再次發(fā)現(xiàn)了它們：一種是叫作獵蝽的昆蟲，一種是椎實(shí)螺。這兩種生物和對果蠅卵有獨(dú)特嗜好的螨類一樣，具有把轉(zhuǎn)座子從一個(gè)生物傳播到另一個(gè)生物的潛能。獵蝽靠吸食鳥類、哺乳動物和爬行動物的血液為生，而椎實(shí)螺身上攜帶多種寄生性扁蟲，這些扁蟲可以感染多種脊椎動物。有證據(jù)證明，這兩種寄生蟲是在過去5 0萬年中讓SPIN 滲透了如此多不同動物的主謀。

有時(shí)候，寄生蟲可以向宿主基因組中轉(zhuǎn)移遠(yuǎn)多于一個(gè)基因的遺傳信息。跟許多昆蟲一

樣，嗜鳳梨果蠅是一種叫作沃爾巴克氏體的寄生性細(xì)菌的根據(jù)地，沃爾巴克氏體主要見于

昆蟲的性器官中。在一系列基因測序研究中，科學(xué)家證實(shí)寄生在嗜鳳梨果蠅中的沃爾巴克

氏體，向果蠅DNA 中運(yùn)送了不止1個(gè)，而是1 2 0 6個(gè)基因。昆蟲是地球上數(shù)量最多的生物，沃爾巴克氏體能夠感染2 5%至7 0%的昆蟲，也就意味著沃爾巴克氏體成功進(jìn)行這種遺傳物質(zhì)重組的范圍，可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過果蠅的范圍。試想一下，在那些嗡嗡作響、剛毛林立、長著大眼睛的家伙的軀殼當(dāng)中，或許不是獨(dú)立的生物，而是兩個(gè)怪獸

的合體。（待續(xù)）