科學(xué)家復(fù)活水熊蟲(3)

2016-01-19 16:19?來源 溫州視線綜合

科學(xué)家復(fù)活水熊蟲，當(dāng)周圍環(huán)境嚴酷，水熊蟲就排出水分變得干癟皺縮。

　　水熊蟲的無敵耐受能力與“偷”來的基因有關(guān)

　　為了進一步了解水熊蟲的“超能力”，美國北卡羅來納大學(xué)的研究人員托馬斯·布思比和團隊近日進行全世界首次水熊蟲基因組測序，得出的結(jié)論令人吃驚——水熊蟲約有6000種基因來自其他物種，包括細菌、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。

　　一開始，托馬斯看到數(shù)據(jù)中滿是來自細菌和其他生物體的基因時，“團隊人員都以為是污染。”他說。他們猜測，也許是微生物混入了樣本，導(dǎo)致它們的DNA摻進了水熊蟲的基因組中。但很快，研究小組就排除了這種意外。

　　于是，托馬斯團隊做出如此解釋：通過脫水，水熊蟲反而變成了一塊能吸水的“海綿”——只不過，它吸收的是外源基因。這種“基因水平轉(zhuǎn)移”情況對于細菌來說并不罕見，它們交換基因就跟人類收發(fā)電子郵件般容易。但之前的研究認為，“基因水平轉(zhuǎn)移”在動物中非常罕見。

　　那么，這些外來基因起初是怎么進入水熊蟲基因組的呢？托馬斯認為，答案就隱藏在水熊蟲的三個怪誕的生物學(xué)特性中。首先，它們能脫水，在這一過程中，它們的DNA分子會自然地斷裂成小段；其次，它們能通過吸水重獲新生，在這個過程中，細胞變得千瘡百孔，因而能夠從環(huán)境中吸收包括DNA在內(nèi)的各種分子；最后，它們非常擅長修復(fù)DNA，修補脫水造成的損傷。

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

　　“外源基因捕獲系統(tǒng)”

　　是神秘“造物主”

　　對此，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），相對于垂直基因轉(zhuǎn)移（親代傳遞給子代）來說，它打破了親緣關(guān)系的界限，使基因流動的可能性變得更為復(fù)雜。

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

　　據(jù)艾教授說，生物體普遍存在著“外源基因捕獲系統(tǒng)”。在漫長的生物進化過程中，細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、分化過程中扮演著“始作俑者”和供給者的角色。經(jīng)過階段性的基因交換、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后，通常會在新宿主中體現(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，越來越多動物基因水平轉(zhuǎn)移的例子開始被發(fā)現(xiàn)——蜱蟲擁有來自細菌的制造抗生素的基因，能抵抗農(nóng)藥殺害；蚜蟲從真菌那兒偷來了顯色基因，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，控制寄主瓢蟲作為保護后代的“保鏢”；粉蚧殼蟲利用多種微生物基因來改善伙食，自己動手豐衣足食，能制造重要的營養(yǎng)物質(zhì)，如氨基酸；還有一類被形象地稱為“空間侵略者”的基因，不斷地在蜥蜴、蛙類、嚙齒類以及其他動物間轉(zhuǎn)移。

　　雖然目前人類看似沒有因為基因水平轉(zhuǎn)移獲得明顯的“特異功能”，蜘蛛俠也只存在于電影中，但無可否認，外源基因捕獲系統(tǒng)一直在默默地支持著我們逐步進化。

編輯： yujeu