卡爾·齊默

數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的動(dòng)物在這個(gè)星球上游泳、掘洞、奔跑和飛翔，動(dòng)物王國(guó)簡(jiǎn)直是生物界最令人驚奇的“一筆”。然而，你可知道：從瓢蟲(chóng)到虎鯨，所有這些外形多樣的生物體可能是由生活在6.5億年前的共同祖先進(jìn)化而來(lái)的。

目前，還沒(méi)有人找到這種動(dòng)物的化石，所以人類(lèi)無(wú)法確定它的樣子。但最近，英國(guó)兩位科學(xué)家重建了動(dòng)物王國(guó)多細(xì)胞鼻祖的基因組，該研究發(fā)表在《自然·通信》上。這一研究為動(dòng)物王國(guó)的鼻祖如何“開(kāi)枝散葉”提供了一條重要線索：隨著進(jìn)化，新基因不斷產(chǎn)生而涌現(xiàn)出新物種。在人類(lèi)基因組中，55%的基因已經(jīng)存在于單細(xì)胞動(dòng)物祖先的體內(nèi)，而在我們的單細(xì)胞祖先轉(zhuǎn)變成多細(xì)胞復(fù)雜有機(jī)體的過(guò)程中，那些新基因可能發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

埃塞克斯大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家、文章共同作者喬迪·帕普斯（Jordi Paps）和牛津大學(xué)動(dòng)物學(xué)家彼得·霍蘭（Peter W.H.Holland）通過(guò)研究動(dòng)物家族樹(shù)相識(shí)。動(dòng)物家族樹(shù)研究表明，脊椎動(dòng)物、鳥(niǎo)類(lèi)、爬行動(dòng)物和魚(yú)類(lèi)等物種都屬于一個(gè)分支。與人類(lèi)親緣關(guān)系最近的無(wú)脊椎動(dòng)物包括海星等，水母和海綿則是與人類(lèi)親緣關(guān)系最遠(yuǎn)的表親之一。研究人員還確定了與動(dòng)物王國(guó)鼻祖親緣關(guān)系最近的單細(xì)胞物種——那些微小的吞食細(xì)菌的水生原生動(dòng)物。

在以上分支范圍內(nèi)，研究人員挑選了包括人類(lèi)在內(nèi)的62個(gè)物種、近150萬(wàn)個(gè)基因進(jìn)行了仔細(xì)研究。他們搜尋所有這些有機(jī)體的DNA，對(duì)所有編碼蛋白質(zhì)的基因進(jìn)行分類(lèi)，進(jìn)而推測(cè)那些共同的基因何時(shí)發(fā)生了進(jìn)化，從而大大豐富了整個(gè)動(dòng)物基因庫(kù)。例如，人類(lèi)和鯊魚(yú)使用幾乎相同的基因編碼制造血紅蛋白，這意味著血紅蛋白基因已經(jīng)存在于他們共同祖先的體內(nèi)，但血紅蛋白基因在動(dòng)物物種的遠(yuǎn)親體內(nèi)無(wú)法找到，所以這個(gè)基因有可能是在早期脊椎動(dòng)物體內(nèi)進(jìn)化出現(xiàn)的，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于動(dòng)物涌現(xiàn)早期的動(dòng)物出現(xiàn)時(shí)間。有些基因在動(dòng)物還沒(méi)涌現(xiàn)之前就已經(jīng)形成，有些對(duì)所有物種的基本生存至關(guān)重要——比如復(fù)制DNA的相關(guān)基因——這些基因在數(shù)十億年前就開(kāi)始出現(xiàn)，其他基因后來(lái)陸續(xù)出現(xiàn)。時(shí)至今日，我們?nèi)匀荒茉谂c人類(lèi)親緣關(guān)系較近的單細(xì)胞物種中找到這些基因。這一研究證實(shí)，正是進(jìn)化賦予了基因新的作用。

研究人員發(fā)現(xiàn)了存在于當(dāng)前所有動(dòng)物體內(nèi)的6331個(gè)基因，這些基因應(yīng)該來(lái)自共同祖先，但動(dòng)物涌現(xiàn)的鼻祖體內(nèi)1189個(gè)基因目前已經(jīng)無(wú)法在與人類(lèi)親緣關(guān)系最近的單細(xì)胞動(dòng)物體內(nèi)找到，那這1189個(gè)基因一定是在單細(xì)胞原生動(dòng)物體內(nèi)進(jìn)化而成。帕普斯博士表示，這些進(jìn)化至少通過(guò)兩種方式發(fā)生：有時(shí)隨機(jī)的一串沒(méi)有功能的DNA發(fā)生突變后開(kāi)始產(chǎn)生一種新蛋白質(zhì)；或者現(xiàn)有的功能基因可能會(huì)被意外復(fù)制，其中一個(gè)拷貝發(fā)生累積突變，最終產(chǎn)生了一種新的蛋白質(zhì)，另外一個(gè)單拷貝并未發(fā)生突變而繼續(xù)發(fā)揮原來(lái)的作用。

通過(guò)進(jìn)化獲得的新DNA并不會(huì)被隨機(jī)分配新的角色。相反，許多新基因在構(gòu)建和運(yùn)行生物體中扮演著至關(guān)重要的角色，例如制造用于向其他細(xì)胞發(fā)送信號(hào)的蛋白質(zhì)。帕普斯博士和霍蘭博士還發(fā)現(xiàn)：原生動(dòng)物體內(nèi)進(jìn)化的許多基因都與癌癥密切相關(guān)。這些基因發(fā)揮著使細(xì)胞高度協(xié)調(diào)、一起工作的作用，如果它們發(fā)生變異，細(xì)胞可能會(huì)失控。