600萬年前 黑猩猩人類分道揚鑣

600萬年前 黑猩猩人類分道揚鑣

　　9月1日，來自世界各國20多個科研機構(gòu)的67名科學(xué)家在《自然》雜志上發(fā)表了黑猩猩基因組序列草圖。借助這種與我們親緣關(guān)系最近的動物的基因組序列，科學(xué)家得以一窺人類和黑猩猩進化過程中的奧妙。初步的分析結(jié)果顯示，人和黑猩猩只有百分之幾的DNA是不同的。
 
　　自從4年前科學(xué)家公布了人類基因組草圖之后，這次發(fā)表的黑猩猩基因組草圖是第一份除人類之外的靈長類動物的基因組草圖。此外，科學(xué)家于2002年和2004年分別發(fā)表了小鼠和大鼠的基因組草圖，黑猩猩是第4個加入基因組序列俱樂部的哺乳動物。“我們最近的親戚―――黑猩猩基因組序列草圖的發(fā)表，代表了一個意義深遠的科學(xué)里程碑?！迸＝虼髮W(xué)威爾康信托人類遺傳研究中心的西蒙?費希爾(SimonFisher)博士評論說，“這部分是因為它為科學(xué)家研究人類為什么是人類這一問題，提供了至關(guān)重要的新資源。”

　　黑猩猩和人類應(yīng)該同劃分在人屬或者黑猩猩屬

　　為黑猩猩基因組計劃提供樣本的是一只叫做克林特(Clint)的雄性黑猩猩。克林特沒能看到它的基因組草圖正式發(fā)表，及科學(xué)家把它和人類基因組比較的結(jié)果。今年1月，它在美國亞特蘭大國立靈長類研究中心因心臟病發(fā)作死去，時年24歲(黑猩猩的一般壽命不超過60歲)。

　　對克林特基因組研究得出的部分結(jié)果并不令人感到意外：如果把基因組比作一本由AGCT4種字母寫成的書，那么人類和黑猩猩基因組書(都由大約30億個字母組成)的單個字母變化構(gòu)成的差異大約只有1.2%。

　　實際上，幾十年前科學(xué)家就已經(jīng)知道了類似的結(jié)果。科學(xué)家經(jīng)常使用一種叫做“分子雜交”的方法推定兩個物種之間的DNA差異。具體做法是把兩個物種的DNA單鏈融合在一起，然后對這條新的DNA加熱。兩個物種DNA序列的相似程度越高，讓這條DNA雙鏈解開的溫度也就越高。用這種方法，科學(xué)家推測出黑猩猩和人的DNA相似程度是大約98.5%，黑猩猩是與人類親緣關(guān)系最近的動物。

　　但是這種間接的方法忽略掉了另外一種DNA差異，科學(xué)家稱之為“插入／刪除”現(xiàn)象，即一段DNA被插入了一個物種的基因組，或者一段DNA整個地從基因組中刪掉。在人和黑猩猩的基因組序列比較中，可以逐字尋找到這種“插入／刪除”現(xiàn)象。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“插入／刪除”造成的差異占去了基因組的約3%。

　　此外，人類和黑猩猩的基因組還存在著其他的差別。參與了黑猩猩基因組測序的西雅圖華盛頓大學(xué)生物學(xué)家艾文?艾希勒(EvanEichler)和他的同事發(fā)現(xiàn)，大段DNA(大于2萬個“字母”)復(fù)制現(xiàn)象，造成了人和黑猩猩基因組之間另外一個2.7%的差異。這種大段DNA復(fù)制就如同把書的幾頁拷貝下來，然后又重新粘貼到了書里。這項研究結(jié)果也發(fā)表在了同期的《自然》雜志上。

　　很多科學(xué)家認為，黑猩猩和我們?nèi)祟悜?yīng)該同劃分在人屬或者黑猩猩屬(這取決于站在哪個物種的地位上思考)。盡管這種大規(guī)模復(fù)制造成的差異讓艾希勒吃驚，他依舊認為這并不影響黑猩猩的分類問題?！凹幢慵由线@另外的2.7%遺傳差異，黑猩猩仍然是與我們親緣最近的物種，”艾希勒告訴筆者，“這個發(fā)現(xiàn)沒有改變分類，但是它表明我們應(yīng)該考慮單堿基對差異之外的變異形式?！?

　　何以為人，人類與黑猩猩600萬年前分道揚鑣

　　1990年啟動的人類基因組計劃共耗資27億美元，用了超過10年時間才繪制出人類基因組序列草圖。隨著技術(shù)的進步，基因組測序的時間和費用都顯著降低了。2002年1月，美國人類基因組研究所決定把黑猩猩列入最優(yōu)先資助的測序項目，測序工作開始。2003年12月，科學(xué)家完成了黑猩猩基因組草圖的測序工作，并把序列存入了公共數(shù)據(jù)庫?？茖W(xué)家又用一年半時間對黑猩猩基因組和人類基因組進行了比較。

　　西雅圖華盛頓大學(xué)基因組中心(主導(dǎo)這項測序工作的機構(gòu)之一)的科學(xué)家，在一份備忘錄里承認，很難回答測序到底要花多少錢，“因為測序費用一直在下降”。如今，測定一種哺乳動物的基因組大約只需不到3000萬美元。而這份黑猩猩基因組的花費可能比這還少一點。

　　不斷豐富的生物基因組數(shù)據(jù)庫讓科學(xué)家有機會對各種生物的基因組進行比較，從而更好地理解人類基因的結(jié)構(gòu)和功能，找到對抗人類疾病的新方法。例如，對于人類和果蠅基因組的比較顯示，人類和果蠅共享了約60%的基因，而許多和人類癌癥有關(guān)的基因也可以在果蠅身上找到對應(yīng)物。這樣，果蠅就可以為醫(yī)學(xué)研究做出重要貢獻。

　　比較人與黑猩猩的基因組，是生物學(xué)家長久以來的一個夢想。大約600萬年前，人類和黑猩猩從它們的共同祖先中分離出來，走上了不同的進化道路。這兩個物種的遺傳差異只有百分之幾，那么是什么造就了人類的獨特性？“對于現(xiàn)代人和黑猩猩從共同祖先進化來的這段時間中發(fā)生的遺傳變化，現(xiàn)在已經(jīng)有了一個幾乎完備的目錄。通過把這份目錄與臨床觀察和其他生物學(xué)的數(shù)據(jù)相比較，我們就可以找到那些讓人類產(chǎn)生獨特特征的變化?！边@項測序工作的參與者之一、麻省理工學(xué)院Broad研究所的塔杰?密克爾森(TarjeiMikkelsen)評論說。

　　此前，對于黑猩猩和人類差異的研究已經(jīng)獲得了一些令人感興趣的成果。黑猩猩和人都會感染瘧疾，但是能讓黑猩猩發(fā)病的瘧原蟲不能讓人類發(fā)病，反之亦然。原因在于人類和黑猩猩分離之后的600萬年中，兩者基因組的某些細節(jié)發(fā)生了變化，導(dǎo)致兩種瘧原蟲對人和黑猩猩不能相互“兼容”。當3年前科學(xué)家申請黑猩猩基因測序經(jīng)費的時候，提到的理由之一就是，比較人類和黑猩猩的基因組有助于更好地理解和治療人類的一些疾病。

　　這次，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，超過50個屬于人類的基因在黑猩猩基因組中丟失或者被部分地刪除了。例如，有3個和炎癥相關(guān)的基因就在黑猩猩基因組中被刪除了?？茖W(xué)家認為，這可能有助于解釋人和黑猩猩在免疫和炎癥方面的差異。但是從基因得失的角度看，人類也并非總是走運：人類失去了一個名為caspase-12的基因的功能。這個基因有助于其他動物阻止阿爾茨海默氏癥(俗稱老年癡呆癥)的發(fā)生。

　　一些科學(xué)家警告說，測出黑猩猩基因組的序列，只是非常初步的一項工作?！皩τ凇我詾槿恕@個迷人而又基礎(chǔ)的問題，我們現(xiàn)在能夠給出一個基于DNA的答案嗎？”美國科羅拉多大學(xué)的埃德溫?麥克康凱(EdwinMcConkey)和加州大學(xué)圣地亞哥分校的阿吉特?瓦爾基(AjitVarki)在同一周《科學(xué)》雜志上發(fā)表的見解認為：“根本不能！”他們指出，迄今對于人類和黑猩猩基因組的比較，尚不能回答諸如兩足行走、大的大腦、語言能力和抽象思維，以及人類所擁有的其他獨特能力的遺傳基礎(chǔ)是什么。

　　男性獨有的Y染色體會在未來消失嗎

　　在同一期的《自然》雜志上還發(fā)表了另一項關(guān)于黑猩猩和人類基因組比較的研究。這項研究為男性的未來命運提供了一個可能的答案。

　　近年來，有一個關(guān)于Y染色體正在走向消亡的理論。Y染色體是男性獨有的染色體，每個男性的Y染色體都是完全從父親一方繼承的。一些科學(xué)家懷疑，這條形單影只的Y染色體不能像其他染色體那樣通過與“同伴”染色體相互交換基因而維持自身的穩(wěn)定存在，這導(dǎo)致在上萬年的進化史中，Y染色體會不斷失去基因，最終走向消亡。

　　但是麻省理工學(xué)院懷特黑德生物醫(yī)學(xué)研究所的戴維?佩奇(DavidPage)領(lǐng)導(dǎo)的一項研究顯示，這個Y染色體消亡的故事或許不會發(fā)生。“與最近10年間變得流行的預(yù)言相反，Y染色體的天并沒有塌下來?！迸迤嬲f。

　　兩年前，佩奇等人在《自然》雜志上發(fā)表了他們對于人類Y染色體的一項研究成果。他們發(fā)現(xiàn)，在Y染色體的一個特定區(qū)域上，有一種修復(fù)突變基因的獨特的方式：這個區(qū)域的基因是以“回文”(從正反兩個方向讀起來都一樣的文字)形式排列的。Y染色體的這個區(qū)域不必借助于同伴，就可以進行自身修復(fù)。但Y染色體的另一個稱作“X退化”的區(qū)域卻沒有回文結(jié)構(gòu)，因此，關(guān)于Y染色體消亡的預(yù)言仍然有可能變成現(xiàn)實。

　　為了探尋這種可能性，佩奇領(lǐng)導(dǎo)的研究組比較了人類和黑猩猩Y染色體的這個區(qū)域。當人類和黑猩猩在約600萬年前從共同祖先走上不同的進化道路之后，他們各自的Y染色體會發(fā)生什么變化呢？如果比較的結(jié)果顯示，人類的Y染色體比黑猩猩的Y染色體丟失了一些基因，就說明人類的Y染色體確實在這幾百萬年里走了下坡路。

　　但佩奇等人的研究結(jié)果正好相反。在過去的600萬年中，對于“X退化”區(qū)域中的16個基因，黑猩猩已經(jīng)因為基因突變而失去了其中5個基因的功能，而人類的版本仍然能正常工作。因此，至少人類Y染色體的消亡不會很快來臨。“即便Y染色體從3億年前起源之后，已經(jīng)失去了很多基因，在過去的600萬年中，它在人類身上還是保持了穩(wěn)定?！迸迤鎸嶒炇业牟┦亢笳材莞?休斯(JenniferHughes)說?！拔覀兿嘈乓粋€叫做‘凈化選擇’(purifyingselection)的過程起了維持人類Y染色體穩(wěn)定的作用?！毙菟垢嬖V筆者。攜帶有害基因的個體繁殖的后代更少，有害基因隨著時間推移而逐漸出局。

　　佩奇的研究組推測，黑猩猩的生殖習(xí)慣是讓它們失去這5個基因的主要原因。與人類在很大程度上的單偶制習(xí)慣不同，一個雌性黑猩猩可能與許多雄性黑猩猩交配。能夠贏得這場“精子戰(zhàn)爭”的雄性黑猩猩就得到了進化的眷顧，但是這也可能導(dǎo)致了一些有害的突變搭上了勝利者的車―――能夠更多地繁衍后代，這是最大的勝利。

　　人類男性或許可以對自己的命運松一口氣了，但黑猩猩和它的大猿親戚們(紅毛猩猩、大猩猩和矮黑猩猩)卻面臨著在短時間內(nèi)滅絕的危險。由于比較人類和這幾種大猿的基因組有很高的研究價值，科學(xué)家正著手測定它們的基因組序列：大猩猩基因組的測序工作將于下個月開始，紅毛猩猩的測序工作也將于明年啟動。

　　科學(xué)家提醒人們，這些珍貴的研究資源正在因為天災(zāi)人禍而迅速地消失。同一周的《科學(xué)》雜志社論指出，目前在野外環(huán)境中大約只剩下10萬只大猩猩、10萬只黑猩猩、1萬只矮黑猩猩和3萬只紅毛猩猩。“考慮到我們已經(jīng)讓黑猩猩面臨著怎樣的滅絕危險”，休斯說，“我不認為黑猩猩應(yīng)該擔心它們的Y染色體。”