生命的處方：基因如何演化〈三〉

生命的處方：基因如何演化〈三〉

形成時死亡？

以反向定位作用製造的複製基因與原始基因不同，由於基因含有超過只預期製造一種蛋白質的DNA序列，在製造密碼部位的前方也有促進子區段，可結合其他蛋白質，而此種構造決定何時及在何種組織基因被打開，因為反向定位的複製基因品失去其促進子，無法轉錄成RNA，從前假設這些部分複製之基因從不表現並當突變累積時逐漸消失，瑞士洛桑大學的Henrik Kaessmann認為：反向定位複製基因成為「形成時死亡」(dead on arriveal)後失蹤。

然而，情況變得十分明顯，一個反向定位之複製基因有時能插入基因組接近現有促進子處而被活化，然而嚴格講應是不同促進子，因此複製基因將在不同時間或不同組織或兩者中被打開，反向定位之複製基因能以此種方式立即獲得一種新的功能。此種過程可能在我們「大人猿」(apes)產生許多最近演化出的基因，在我們祖先反向定位作用的一次爆發，大約4千5百萬年前達到頂峰，產生好幾千個複製基因，依據2005年Kaessmann領導的一個研究顯示，其中至少有60至70個演化成新基因，此次爆發可能由於一種新型遺傳性寄生蟲侵入我們的基因組引起。

聰明的基因

Kaessmann的小組如今更詳細地研究某些這類基因，他們的工作建議至少有兩個基因，稱為CDC14Bretro及GLUD2，可能與大人猿增加之認知能力有關。新基因的演化時常包括甚至更激烈的變化，在果蠅調查中，王聞發現新基因的三分之一與親代基因顯著不同，已經失去它們的部分序列或獲得新的DNA段落。

這些額外序列來自何方？在複雜細胞中，DNA對於一種蛋白質的製造密碼被打散成為幾個部分，被「非編碼序列」(non-coding sequences)隔開，當整個基因的RNA複本被做出時，非編碼片段〈內含子〉被切除，而編碼部分〈稱為外顯子〉被接合在一起，然後此種編輯過的RNA複本送到細胞之蛋白質製造工廠，基因的「模組」(modular form)大大增加突變的機會，重新移動現有基因並產生新奇的蛋白質，目前所有能發生之方式為：在一個基因內的外顯子會失去、複製或甚至與不同基因的外顯子結合，產生一個新的「嵌合基因」(chimeric gene)。〈待續〉

Arizona man is first to take artificial heart home

A compact pump has allowed the recipient of an artificial heart to go home. New Scientist looks at what this means for the future of transplants

生命的處方：基因如何演化〈二〉

生命的處方：基因如何演化〈二〉

並非完整故事

此種古典基因演化的觀點離完整故事還遠得很，然而，十年前，美國布魯明頓印地安那大學的林區(Michael Lynch)與一位同事概述一個替代場景，基因時常具有一個以上的功能，而林區考慮到此等基因被複製後可能發生何事，如果一次突變在複製基因剔除兩個功能之一，此生物能對應良好，因為其他複製基因仍然完整，即使另一次突變在其他複製基因剔除第二個功能，該生物能如同正常般繼續生活，而非具有一個基因表現兩種功能，此生物如今具有兩個基因，每個基因具有一種功能，這就是林區所稱「次功能化作用」(subfunctionalism)的一種機制(Genetics, vol 154, p 459)，此種過程能提供原料來進行進一步演化，「被次功能化作用保存的基因後來能取得一種新功能。」Lynch如此解釋。

某些理論生物學家認為複製基因也能被其他更微妙的機制保存，但是對於古典模式之真正挑戰來自對不同生物體實際研究新基因，今年(2008)初，在最簡明之這類研究中，中國雲南省昆明動物研究所的王聞(Wen Wang)領導一個研究小組，檢視幾種關係密切的果蠅種類，藉比較牠們的基因組，王聞由這些種類的果蠅能夠鑑定出新基因，這些果蠅由一個共同祖先分離開始已經演化了大約1千3百萬年。

王聞的驚人發現之一是大約10%的新基因經由一個稱為「反向定位作用」(retroposition)的過程形成，此過程發生於當信息RNA複製基因時〈藍圖送至細胞製造蛋白質的工廠，參見附圖〉，被反轉成為DNA，然後插入基因組的某個其他部位，許多病毒及遺傳性寄生蟲經由反向定位作用複製自己，而它們產生之酵素有時意外地將它們宿主細胞的RNA反向定位。〈待續〉

生命的處方：基因如何演化〈一〉

生命的處方：基因如何演化〈一〉

從前我們對於生命的奇幻只能感到驚異，像是不久前的電影觀眾，我們對於在場景後面進行之事務沒有什麼概念。如今時空改變，由於愈來愈多生物種類的基因組被定序，基因學家拼湊出一個極為詳盡的「形成…」紀錄，如今，我們不只能追蹤動物身體如何演化，我們甚至能鑑定出這些改變後面的基因突變。所有最有趣的是，我們如今能見到基因如何在初始處出現，這些是製造蛋白質的食譜、生命的建構基石，而故事並未十分如預期般展開。

新基因演化最明顯的方式是經由逐漸累積小型、有利的突變，較不明顯的是一個已經具有重要功能的現存基因如何能演化成為不同的基因，此等基因並未顛覆攜帶此基因的生物，故其改變策略的範圍非常受限，然而，如同生物學家在一個世紀前就體認到，當突變產生一個全然額外的基因複製品時此種限制不再適用。

幾兆個複製品

依據教科書，新基因形成的過程開始於基因複製，在絕大部分案例中，複製品之一將獲得有害的突變而消失，然而只在偶然時，突變將允許複製基因進行新奇的功能，此複製品對其新功能將變得特化，而原來基因繼續執行以前的相同工作。令人驚奇地，基因複製已經呈現幾乎如同DNA密碼改變單一「字母」(letter)般一樣常見，在有性生殖之前染色體間物質交換時，錯誤會造成長條DNA序列〈含有一個基因至幾百個基因的任何物質〉之額外複製品，所有染色體都能被複製，如同發生於唐氏症之情況，有時甚至包括整個基因組。由於複製能提出高達幾兆個複製品為演化所用，這並不讓人驚奇，在幾億年的時間裡，單一原始基因能形成幾百個新基因，我們人類單單嗅覺受體具有大約400個基因，而所有基因都衍生自生活於大約4億5千萬年前一種魚類的僅僅兩個基因。〈待續〉