生命的處方：基因如何演化〈五〉

生命的處方：基因如何演化〈五〉

由無到有

抗冷凍基因仍然是由已經存在的基因演化出，那麼經由垃圾DNA突變由無到有產生一個全新的基因其機率為何？直到最近大部分生物學家都認為實際上是零，如林區指出，對於一個隨機DNA片段演化成一個基因係配合整套不可能的條件，首先，某些DNA必須成為促進子來產生作用，告訴細胞製造其餘DNA的RNA複製品，第二，針對製造蛋白質的工廠，這些RNA複製品必須具有序列能被編輯為活的信使者RNA藍圖，更加此信使者RNA必須預定製造一個相當長的蛋白質〈平均長度為300個氨基酸〉，這情況不太可能發生，因為一個隨機片段的DNA，平均每20個密碼子中的1個會是「停止」密碼子，最後，新蛋白質當然必須執行某些有用的功能，而此障礙似乎無法克服。

然而在2006年，美國戴維斯加州大學的貝剛(David Begun)與其同事在果蠅中鑑定出幾個新基因，其序列與任何老基因都不一樣，科學家建議這些基因〈預定製造相當小型的蛋白質〉是在過去幾百萬年中已經由垃圾DNA演化出，貝剛引用福爾摩斯(Sherlock Holmes)的話：「當你已經消除不可能的事，不論剩餘為何者，即使不必然，卻一定是真理。」

垃圾DNA

2008年時，在他獵尋果蠅中的新基因時，王聞發現另外9個基因似乎已經從垃圾DNA由無到有演化出，其中8個基因，王聞已經鑑定出非編碼序列，基因在相關的動物種類中由這些序列演化出，排除了這些基因可能由其他生物已經製造好之產品獲得的可能性。總而言之，在果蠅最近演化之基因中驚人的12%似乎由無到有演化出，而王聞懷疑與其他動物相比此比例相當低，他解釋說：「我的直覺是在脊椎動物中此比例可能較高，因為牠們具有較多的垃圾DNA。」

這看起來像是王聞可能是對的，愛爾蘭都柏林三一學院一個研究小組已經發現證據，至少6個新的人類基因在大約六百萬年中由非編碼DNA形成，這時人類與黑猩猩分開演化，該研究工作目前持續進行，但是先期發現已經於2008年6月在西班牙巴塞隆納的一個會議中提出，小組領導科學家馬克萊沙特(Aoife McLysaght)表示他們對此感到非常興奮。〈待續〉

First moment of blood flow seen in embryo video

High-resolution microscopy has captured the moment at which hundrteds of newly formed blood cells began their journey around a zebrafish embryo

生命的處方：基因如何演化〈四〉

生命的處方：基因如何演化〈四〉

主題的變異

例如，大部分猴子製造一種蛋白質稱為TRIM5，可保護牠們不受反轉錄病毒的感染，大約在1千萬年前亞洲有一種彌猴，由反向定位作用產生一個不活化的複製基因稱為CypA，插入接近TRIM5基因的位置，進一步突變使細胞製造出一種嵌合蛋白質，含部分TRIM5及部分CypA，此蛋白質可對提供較佳保護對抗某些病毒，雖然這似乎是一種不太可能的系列事件，實際上，TRIM5-CypA基因不只演化一次而是兩次，大部分相同事件也發生於南美的貓頭鷹猴。如果給予足夠時間，或進一步足夠突變，基因複製及再度移動能產生新基因，與其原始基因非常不同，但是否所有新基因針對一個主題產生變異，或能演化出全新的基因與任何已經存在者不同？

幾十年前，有人建議獨特基因可能來自一種稱為「架構移轉突變」(frameshift mutation)，在蛋白質中每一個氨基酸由三個DNA的字母〈或鹼基〉所特定，即「三個一組密碼子」(the triplet codon)，如果某次突變為讀取密碼子而移動起始點一個鹼基或兩個，稱為「讀取架構」(reading frame)，結果產生的蛋白質序列將完全不同，由於DNA是雙股的，則任何片段可以六種不同方式來「讀取」。

無意義結果

絕大部分突變改變讀取架構一個基因，產生無意義結果而通常是危險的結果，許多遺傳性疾病是架構移轉突變破壞了蛋白質的結果，這有點像是沿著字母排列交換每一個字母為下一個字母：結果通常是無意義的。但並非總是如此，在2006年，加拿大多倫多大學的雪瑞爾(Stephen Scherer)與其同事搜尋人類基因組尋找新基因，這些基因已經被複製後接著受到架構轉移突變影響至少部分原始基因而演化出，科學家發現有470個例子，認為此過程是驚人地尋常。

另一個獨特新基因的來源可能是存在於大部分基因組中的「垃圾」(junk) DNA，早期提示此情況可能是來自十年前，當時美國伊里諾大學的一個研究小組透露由一種大西洋魚所產生抗冷凍蛋白質之基因生成作用，該基因原始預定製造一種消化酵素，然後大約1千萬年前，全世界氣候變冷，一個內含子之部分〈換句話說就是一段垃圾基因〉轉變成一個外顯子並且後來複製許多次，產生抗冷凍蛋白質的特殊重複性構造，由DNA之隨機片段演化出一個基因，對於魚類生存不可或缺。〈待續〉