多样性的生物从何进化而来

卡尔·齐默

数以百万计的动物在这个星球上游泳、掘洞、奔跑和飞翔，动物王国简直是生物界最令人惊奇的“一笔”。然而，你可知道：从瓢虫到虎鲸，所有这些外形多样的生物体可能是由生活在6.5亿年前的共同祖先进化而来的。

目前，还没有人找到这种动物的化石，所以人类无法确定它的样子。但最近，英国两位科学家重建了动物王国多细胞鼻祖的基因组，该研究发表在《自然·通信》上。这一研究为动物王国的鼻祖如何“开枝散叶”提供了一条重要线索：随着进化，新基因不断产生而涌现出新物种。在人类基因组中，55%的基因已经存在于单细胞动物祖先的体内，而在我们的单细胞祖先转变成多细胞复杂有机体的过程中，那些新基因可能发挥了至关重要的作用。

埃塞克斯大学进化生物学家、文章共同作者乔迪·帕普斯（Jordi Paps）和牛津大学动物学家彼得·霍兰（Peter W.H.Holland）通过研究动物家族树相识。动物家族树研究表明，脊椎动物、鸟类、爬行动物和鱼类等物种都属于一个分支。与人类亲缘关系最近的无脊椎动物包括海星等，水母和海绵则是与人类亲缘关系最远的表亲之一。研究人员还确定了与动物王国鼻祖亲缘关系最近的单细胞物种——那些微小的吞食细菌的水生原生动物。

在以上分支范围内，研究人员挑选了包括人类在内的62个物种、近150万个基因进行了仔细研究。他们搜寻所有这些有机体的DNA，对所有编码蛋白质的基因进行分类，进而推测那些共同的基因何时发生了进化，从而大大丰富了整个动物基因库。例如，人类和鲨鱼使用几乎相同的基因编码制造血红蛋白，这意味着血红蛋白基因已经存在于他们共同祖先的体内，但血红蛋白基因在动物物种的远亲体内无法找到，所以这个基因有可能是在早期脊椎动物体内进化出现的，但是远远晚于动物涌现早期的动物出现时间。有些基因在动物还没涌现之前就已经形成，有些对所有物种的基本生存至关重要——比如复制DNA的相关基因——这些基因在数十亿年前就开始出现，其他基因后来陆续出现。时至今日，我们仍然能在与人类亲缘关系较近的单细胞物种中找到这些基因。这一研究证实，正是进化赋予了基因新的作用。

研究人员发现了存在于当前所有动物体内的6331个基因，这些基因应该来自共同祖先，但动物涌现的鼻祖体内1189个基因目前已经无法在与人类亲缘关系最近的单细胞动物体内找到，那这1189个基因一定是在单细胞原生动物体内进化而成。帕普斯博士表示，这些进化至少通过两种方式发生：有时随机的一串没有功能的DNA发生突变后开始产生一种新蛋白质；或者现有的功能基因可能会被意外复制，其中一个拷贝发生累积突变，最终产生了一种新的蛋白质，另外一个单拷贝并未发生突变而继续发挥原来的作用。

通过进化获得的新DNA并不会被随机分配新的角色。相反，许多新基因在构建和运行生物体中扮演着至关重要的角色，例如制造用于向其他细胞发送信号的蛋白质。帕普斯博士和霍兰博士还发现：原生动物体内进化的许多基因都与癌症密切相关。这些基因发挥着使细胞高度协调、一起工作的作用，如果它们发生变异，细胞可能会失控。