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激发基因活力的其他途径

2020年8月20日  来源:贪婪的大脑 作者:[英]丹尼尔·博尔 提供人:naike39......

激发基因活力的其他途径

要想获取有用的新思想以保持DNA序列的活力,或者调整学习速度以更准确地反映现有信息是否有误,方法不止基因突变、性繁殖和死亡三种。

简单的有机体可以利用很多方法使自身更好地生存与繁衍,其中最简单的方法就是将一段基因编码移到其他地方。毕竟,如果大部分编码能反映有用信息(很可能这些编码已经制造出了一个功能性蛋白质),那么它们转移到另一基因组就能够创造出更有利的蛋白质。这种方法比基因字母一个一个艰难地改变排列更有效,可以很快产生有用的思想。当然这种编码移动也可能导致灾难性的后果,但也有可能向有利革新的正确方向发展,如果成功,就向革新前进了一大步。

混合DNA编码信息的方式很多。转座子(transposons),或称作跳跃基因,是一整段基因编码,可以在基因组内从一个地方跳转到另一个地方。

跳跃基因的来源与行为都很神奇。有些跳跃基因可能是存在于一个生命体内的另一种生命形式,在结构密集、双股缠绕的DNA链上可能会出现某些有利于生存和繁衍的基因。就像一个有机体经过几代的演化摸索得到能够更好反映环境的“信念”,这些跳跃的DNA编码片段也是经过演化形成的,由一系列的DNA字符组成。如果这些跳跃基因产生致命错误,影响宿主(即有机体)的功能,它们就会被淘汰;如果它们能对有机体产生任何有利影响,那么它们存活下来的机会就很大。

在这些可能会被理查德·道金斯(Richard Dawkins)称为“微型复制机器”的跳跃基因中,有大部分是病毒入侵的残存物。如果这些跳跃基因真能形成某一生命形式,那么病毒很可能就是地球上最成功的有机体。病毒的数量超过所有有机体的数量总和,很可能在生命体产生的时候病毒就存在了。病毒只有在进入宿主细胞内才能进行复制,也正是因为这个原因,一般不将病毒归入有机体范围。人类与细菌的关系是矛盾的:虽然我们知道有些细菌是有害的,甚至有致命危险,但是我们的消化系统却需要细菌帮助消化食物。事实上,在我们每一个细胞中都存在的线粒体就起源于一种入侵的细菌(线粒体能为细胞活动提供能量)。而我们与病毒的关系则不同,我们讨厌病毒,因为病毒只会使我们生病。但也许我们不应该草率下结论,病毒也可能对我们有利。

病毒虽然形体比细菌还要小,但种类繁多,是地球上最有创造力的复制机器。病毒适应性很强,以流感病毒为例,我们每年都要受流感病毒感染。而细菌(病毒的近亲,比病毒单调,但结构比病毒稳定)要花几十年时间才能产生抗生素抗性。流感病毒每年都发生变异,变得越来越危险,能更有效地感染我们。从某种意义上说,流感病毒特别聪明,特别有创造力,但这仅仅是因为流感病毒基于RNA的基因组极不稳定的原因。由于变异以及被感染者产生免疫力,流感病毒原先的基因组不再发挥作用。而有着新基因组的流感病毒又能够感染我们,效果与一种新病毒一样。

关于侵入有机体内的病毒有两点要补充说明。从一个角度看,病毒只是利用新发现的信息,找到一个更理想的宿主。但从单个基因及其面对的进化压力的角度来看,结论会稍有不同。如果这一单个基因确实能反映有用的信息,而它很可能被一堆糟糕的“想法”包围着,携带它的病毒也马上要消亡了。此时,如果这个病毒变成一个新的混合的生命形式,如变成一个细菌DNA编码的片断,这一变化很可能使这个的基因存活下来,其有用的“想法”也得以保存下来。

反过来说,作为宿主的有机体没必要强烈抵制这一可能含有有用基因信息的病毒,因为如果碰上恶劣的环境,某一两个基因可能会使有机体存活下来。这种DNA信息的种间转移为有机体进行实质性的革新提供了可能,产生新的信息使有机体在艰难动荡的环境中存活下来。

越来越多的证据表明,这种DNA的变动和转移是一种常见过程,发生在包括人类在内的所有物种身上,是成功进化的关键。其他种间基因替换是吸收新的基因信息的一种有效而危险的方式,到目前为止,进化革新最主要的来源是病毒。

在细菌体内经常发生病毒的DNA编码导入,而人类基因组也充满了病毒残余物(人类有50%的基因组由原始病毒残余物组成)。但是一些病毒入侵对我们极为有利,可以将其他物种的有用信息转移到我们体内,或者重组我们的DNA编码而产生新特性,比如早期哺乳动物的胎盘的形成就与病毒残余物有关。

基因混合发生在相似物种间,或由于病毒入侵产生。由此可推想,生命体的DNA编码之所以具有普遍性,原因之一是DNA能够促进不同来源的新基因信息的导入。如果真是这样,那么我们会发现,尽管外部世界的斗争从不间断,而且很残酷,但整个生物圈为了优化内在的基于DNA的“想法”而进行奇怪的合作。

基因 / 跳跃基因

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