世界之最/世界之謎/人類為什麼是人類？Y染色體會消失嗎
【標題】：人類為什麼是人類？Y染色體會消失嗎
【內容】： 9月1日，來自世界各國20多個科研機構的67名科學家在《自然》雜誌上發表了黑猩猩基因組序列草圖。借助這種與我們親緣關係最近的動物的基因組序列，科學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年前科學家公佈了人類基因組草圖之後，這次發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，科學家于2002年和2004年分別發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表，代表了一個意義深遠的科學里程碑。”牛津大學威爾康信託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家研究人類為什麼是人類這一問題，提供了至關重要的新資源。” 黑猩猩和人類應該同劃分在人屬或者黑猩猩屬 為黑猩猩基因組計畫提供樣本的是一隻叫做克林特(Clint)的雄性黑猩猩。克林特沒能看到它的基因組草圖正式發表，及科學家把它和人類基因組比較的結果。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果並不令人感到意外：如果把基因組比作一本由AGCT4種字母寫成的書，那麼人類和黑猩猩基因組書(都由大約30億個字母組成)的單個字母變化構成的差異大約只有1.2%。 實際上，幾十年前科學家就已經知道了類似的結果。科學家經常使用一種叫做“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，然後對這條新的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係最近的動物。 但是這種間接的方法忽略掉了另外一種DNA差異，科學家稱之為“插入／刪除”現象，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”現象。科學家發現“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生物學家艾文·艾希勒(EvanEichler)和他的同事發現，大段DNA(大於2萬個“字母”)複製現象，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複製就如同把書的幾頁拷貝下來，然後又重新粘貼到了書裏。這項研究結果也發表在了同期的《自然》雜誌上。 很多科學家認為，黑猩猩和我們人類應該同劃分在人屬或者黑猩猩屬(這取決於站在哪個物種的地位上思考)。儘管這種大規模複製造成的差異讓艾希勒吃驚，他依舊認為這並不影響黑猩猩的分類問題。“即便加上這另外的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，“這個發現沒有改變分類，但是它表明我們應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畫共耗資27億美元，用了超過10年時間才繪製出人類基因組序列草圖。隨著技術的進步，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先資助的測序專案，測序工作開始。2003年12月，科學家完成了黑猩猩基因組草圖的測序工作，並把序列存入了公共資料庫。科學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。 西雅圖華盛頓大學基因組中心(主導這項測序工作的機構之一)的科學家，在一份備忘錄裏承認，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資料庫讓科學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構和功能，找到對抗人類疾病的新方法。例如，對於人類和果蠅基因組的比較顯示，人類和果蠅共用了約60%的基因，而許多和人類癌症有關的基因也可以在果蠅身上找到對應物。這樣，果蠅就可以為醫學研究做出重要貢獻。 比較人與黑猩猩的基因組，是生物學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，那麼是什麼造就了人類的獨特性？“對於現代人和黑猩猩從共同祖先進化來的這段時間中發生的遺傳變化，現在已經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的資料相比較，我們就可以找到那些讓人類產生獨特特徵的變化。”這項測序工作的參與者之一、麻省理工學院Broad研究所的塔傑·密克爾森(TarjeiMikkelsen)評論說。 此前，對於黑猩猩和人類差異的研究已經獲得了一些令人感興趣的成果。黑猩猩和人都會感染瘧疾，但是能讓黑猩猩發病的瘧原蟲不能讓人類發病，反之亦然。原因在於人類和黑猩猩分離之後的600萬年中，兩者基因組的某些細節發生了變化，導致兩種瘧原蟲對人和黑猩猩不能相互“相容”。當3年前科學家申請黑猩猩基因測序經費的時候，提到的理由之一就是，比較人類和黑猩猩的基因組有助於更好地理解和治療人類的一些疾病。 這次，科學家發現，超過50個屬於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個和炎症相關的基因就在黑猩猩基因組中被刪除了。科學家認為，這可能有助於解釋人和黑猩猩在免疫和炎症方面的差異。但是從基因得失的角度看，人類也並非總是走運：人類失去了一個名為caspase-12的基因的功能。這個基因有助於其他動物阻止阿爾茨海默氏症(俗稱老年癡呆症)的發生。 一些科學家警告說，測出黑猩猩基因組的序列，只是非常初步的一項工作。“對於‘何以為人’這個迷人而又基礎的問題，我們現在能夠給出一個基於DNA的答案嗎？”美國科羅拉多大學的愛德溫·麥克康凱(EdwinMcConkey)和加州大學聖地牙哥分校的阿吉特·瓦爾基(AjitVarki)在同一周《科學》雜誌上發表的見解認為：“根本不能！”他們指出，迄今對於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是什麼。 男性獨有的Y染色體會在未來消失嗎 在同一期的《自然》雜誌上還發表了另一項關於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，有一個關於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。一些科學家懷疑，這條形單影隻的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定存在，這導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。 但是麻省理工學院懷特黑德生物醫學研究所的大衛·佩奇(DavidPage)領導的一項研究顯示，這個Y染色體消亡的故事或許不會發生。“與最近10年間變得流行的預言相反，Y染色體的天並沒有塌下來。”佩奇說。 兩年前，佩奇等人在《自然》雜誌上發表了他們對於人類Y染色體的一項研究成果。他們發現，在Y染色體的一個特定區域上，有一種修復突變基因的獨特的方式：這個區域的基因是以“回文”(從正反兩個方向讀起來都一樣的文字)形式排列的。Y染色體的這個區域不必借助于同伴，就可以進行自身修復。但Y染色體的另一個稱作“X退化”的區域卻沒有回文結構，因此，關於Y染色體消亡的預言仍然有可能變成現實。 為了探尋這種可能性，佩奇領導的研究組比較了人類和黑猩猩Y染色體的這個區域。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後，他們各自的Y染色體會發生什麼變化呢？如果比較的結果顯示，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裏走了下坡路。 但佩奇等人的研究結果正好相反。在過去的600萬年中，對於“X退化”區域中的16個基因，黑猩猩已經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3億年前起源之後，已經失去了很多基因，在過去的600萬年中，它在人類身上還是保持了穩定。”佩奇實驗室的博士後詹妮弗·休斯(JenniferHughes)說。“我們相信一個叫做‘淨化選擇’(purifyingselection)的過程起了維持人類Y染色體穩定的作用。”休斯告訴筆者。攜帶有害基因的個體繁殖的後代更少，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“精子戰爭”的雄性黑猩猩就得到了進化的眷顧，但是這也可能導致了一些有害的突變搭上了勝利者的車——能夠更多地繁衍後代，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滅絕的危險。由於比較人類和這幾種大猿的基因組有很高的研究價值，科學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於下個月開始，紅毛猩猩的測序工作也將于明年啟動。 科學家提醒人們，這些珍貴的研究資源正在因為天災人禍而迅速地消失。同一周的《科學》雜誌社論指出，目前在野外環境中大約只剩下10萬隻大猩猩、10萬隻黑猩猩、1萬隻矮黑猩猩和3萬隻紅毛猩猩。“考慮到我們已經讓黑猩猩面臨著怎樣的滅絕危險”，休斯說，“我不認為黑猩猩應該擔心它們的Y染色體。”
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