科學(xué)家復(fù)活水熊蟲(chóng)(3)

2016-01-19 16:19?來(lái)源 溫州視線綜合

科學(xué)家復(fù)活水熊蟲(chóng)，當(dāng)周?chē)h(huán)境嚴(yán)酷，水熊蟲(chóng)就排出水分變得干癟皺縮。

　　水熊蟲(chóng)的無(wú)敵耐受能力與“偷”來(lái)的基因有關(guān)

　　為了進(jìn)一步了解水熊蟲(chóng)的“超能力”，美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)的研究人員托馬斯·布思比和團(tuán)隊(duì)近日進(jìn)行全世界首次水熊蟲(chóng)基因組測(cè)序，得出的結(jié)論令人吃驚——水熊蟲(chóng)約有6000種基因來(lái)自其他物種，包括細(xì)菌、古菌、真菌和植物。外源基因占它基因總數(shù)目的約六分之一。

　　一開(kāi)始，托馬斯看到數(shù)據(jù)中滿(mǎn)是來(lái)自細(xì)菌和其他生物體的基因時(shí)，“團(tuán)隊(duì)人員都以為是污染。”他說(shuō)。他們猜測(cè)，也許是微生物混入了樣本，導(dǎo)致它們的DNA摻進(jìn)了水熊蟲(chóng)的基因組中。但很快，研究小組就排除了這種意外。

　　于是，托馬斯團(tuán)隊(duì)做出如此解釋?zhuān)和ㄟ^(guò)脫水，水熊蟲(chóng)反而變成了一塊能吸水的“海綿”——只不過(guò)，它吸收的是外源基因。這種“基因水平轉(zhuǎn)移”情況對(duì)于細(xì)菌來(lái)說(shuō)并不罕見(jiàn)，它們交換基因就跟人類(lèi)收發(fā)電子郵件般容易。但之前的研究認(rèn)為，“基因水平轉(zhuǎn)移”在動(dòng)物中非常罕見(jiàn)。

　　那么，這些外來(lái)基因起初是怎么進(jìn)入水熊蟲(chóng)基因組的呢？托馬斯認(rèn)為，答案就隱藏在水熊蟲(chóng)的三個(gè)怪誕的生物學(xué)特性中。首先，它們能脫水，在這一過(guò)程中，它們的DNA分子會(huì)自然地?cái)嗔殉尚《危黄浯危鼈兡芡ㄟ^(guò)吸水重獲新生，在這個(gè)過(guò)程中，細(xì)胞變得千瘡百孔，因而能夠從環(huán)境中吸收包括DNA在內(nèi)的各種分子；最后，它們非常擅長(zhǎng)修復(fù)DNA，修補(bǔ)脫水造成的損傷。

　　這些基因有功能嗎？目前，研究小組發(fā)現(xiàn)水熊蟲(chóng)啟動(dòng)了一些“偷“來(lái)的基因，在原本的生物體中，這些基因與對(duì)抗環(huán)境壓力相關(guān)。因此他們推測(cè)，水熊蟲(chóng)傳奇般的耐受能力可能與外來(lái)基因本身的特殊功能有關(guān)。目前，北卡羅來(lái)納大學(xué)的研究者正在計(jì)劃逐步滅活水熊蟲(chóng)的外源基因，看它們是否會(huì)失去那傳奇般的無(wú)敵能力。

　　“外源基因捕獲系統(tǒng)”

　　是神秘“造物主”

　　對(duì)此，中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院艾云燦教授解釋道，像水熊蟲(chóng)這種捕獲外源基因的行為，可以歸為基因水平轉(zhuǎn)移（HGT），相對(duì)于垂直基因轉(zhuǎn)移（親代傳遞給子代）來(lái)說(shuō)，它打破了親緣關(guān)系的界限，使基因流動(dòng)的可能性變得更為復(fù)雜。

　　艾教授說(shuō)：“基因水平轉(zhuǎn)移不僅局限于微生物細(xì)菌之間，同時(shí)也在許多動(dòng)物的進(jìn)化中起到了重要作用，已發(fā)現(xiàn)的基因轉(zhuǎn)移可發(fā)生于細(xì)菌與高等生物，甚至是高等生物之間。”他指出，單是人類(lèi)基因組中，就大約有10%的基因來(lái)自細(xì)菌。

　　據(jù)艾教授說(shuō)，生物體普遍存在著“外源基因捕獲系統(tǒng)”。在漫長(zhǎng)的生物進(jìn)化過(guò)程中，細(xì)菌和病毒作為地球上最早誕生的生命體，在生物體基因組的起源、發(fā)育、分化過(guò)程中扮演著“始作俑者”和供給者的角色。經(jīng)過(guò)階段性的基因交換、融合，最終形成了生物的多樣性。

　　而外源基因被捕獲后，大多數(shù)是帶著“功效”來(lái)的。艾云燦指出，由于生物的自然選擇適應(yīng)性，被捕獲的外源基因在被表達(dá)后，通常會(huì)在新宿主中體現(xiàn)出原有的功能，賦予新宿主“超能力”，比如發(fā)光、抗逆等等。

　　隨著科學(xué)發(fā)展，越來(lái)越多動(dòng)物基因水平轉(zhuǎn)移的例子開(kāi)始被發(fā)現(xiàn)——蜱蟲(chóng)擁有來(lái)自細(xì)菌的制造抗生素的基因，能抵抗農(nóng)藥殺害；蚜蟲(chóng)從真菌那兒偷來(lái)了顯色基因，讓自己變得紅彤彤的；黃蜂把病毒基因化為自己的生物武器，控制寄主瓢蟲(chóng)作為保護(hù)后代的“保鏢”；粉蚧殼蟲(chóng)利用多種微生物基因來(lái)改善伙食，自己動(dòng)手豐衣足食，能制造重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如氨基酸；還有一類(lèi)被形象地稱(chēng)為“空間侵略者”的基因，不斷地在蜥蜴、蛙類(lèi)、嚙齒類(lèi)以及其他動(dòng)物間轉(zhuǎn)移。

　　雖然目前人類(lèi)看似沒(méi)有因?yàn)榛蛩睫D(zhuǎn)移獲得明顯的“特異功能”，蜘蛛俠也只存在于電影中，但無(wú)可否認(rèn)，外源基因捕獲系統(tǒng)一直在默默地支持著我們逐步進(jìn)化。

編輯： yujeu