据《纽约时报》报道,科学家们努力寻找一种能够控制血管生长的药物,从而杀死肿瘤细胞,但通过对基因的进一步探索,居然发现控制血管生长的基因来自于酵母菌,而并非动物。更加让科学家震惊的是,有大量与人类疾病密切相关的基因,却出现在与人关系最远的物种体内。
爱德华 马科特(Edward M. Marcotte)正在寻找一种药物,能够阻止血管生长从而杀死肿瘤细胞。最近他和他德克萨斯大学的同事们发现了一些很好的靶目标――五种控制人类血管生长必不可少的基因。现在他们在寻找可以阻止这些基因表达的药物。奇怪的是马科特博士不是在人类基因组内发现的这些新基因,也是不在实验鼠身上,甚至不是在果蝇身上。这些新基因是在酵母菌体内找到的。
“从表面看来,这简直是太疯狂了。”马科特博士说。毕竟这些单细胞真菌不需要制造血管。它们甚至根本就没有血液。原来,在酵母菌中,这五种基因聚合在一起,共同完成一个和产生血管互不相关的工作――修复细胞壁。
更加疯狂的是,马科特博士和他的同事们已经发现了数百种其它基因,它们虽然是在和人类关系很远的物种体内找到的,却和人类疾病密切相关。例如,他们在植物体内发现了耳聋相关基因;在线虫类动物身上发现了乳腺癌相关基因。他们研究成果最近发表在《美国国家科学院学报》上。
这些科学家们利用了我们演化史上的特性。在我们的变形虫样的祖先体内基因的集群已经聚合在一起完成修建细胞壁和其它生命活动所必需的基本任务。十亿年后的今天,很多这些基因仍然在一起工作,只不过在不同的生物体内完成着不同的任务。
此类的研究给达尔文的物种起源演化观点提供了新的转折。在19世纪中叶,解剖学家们着迷于不同物种性状的潜在的相似性――比如蝙蝠的翅膀和人类的手具有相似的结构。达尔文主张这种相似性是因为它们来自于同一家族谱系――我们称之为同源性。蝙蝠和人类具有共同的祖先,所以他们共同继承了具有五个手指的四肢。
差不多150年的研究已经充分证明了达尔文的深刻见解。举例来说,古生物学家已经发现大量过渡性化石,解决了许多模糊不清的同源性问题。其中一个例证就是鲸鱼和海豚的气孔和人类的鼻孔之间联系。化石证据显示了鲸类祖先的鼻孔是怎样从鼻子末端演变到头部上方的。
上世纪50年代,对同源性的研究进入一个全新时代。科学家开始发现了蛋白质结构的相似性。例如,不同的物种具有不同形式的血红素。每种形式适用于一种特别的生命样式,但是它们却是从同一个祖先分子演变而来的。
当科学家开始测序DNA序列时候,他们同样发现了基因之间的同源性。代代相传的过程中,基因有时获得意外的副本。每个副本都会有特定的突变。但是他们的序列仍然保持足够的相似性,显示他们具有共同的来源。一个像手臂这样的性状是由许多基因编码互相协作而成。许多基因产生的蛋白质联合起来共同起作用。还有另外一种情况,一种基因编码蛋白质的开关受到另一种基因控制。
研究结果显示这些基因集群――有时被称作基因模块,一起保持合作经历了数百万年的历程。但是他们在不同物种中针对各自特有的方式进行了重新组装,对新的信号作出反应,帮助建立新的性状。
威斯康星大学的肖恩 卡罗尔(Sean B.Carroll)和芝加哥大学的尼尔 舒宾(Neil Shubin)还有哈佛医学院的哈里夫 塔宾(Cliff Tabin)在1997年联合发表了一篇很有影响力的论文,其中他们为这些“借用”的基因模块创造了一个新学术名词――“深同源性”。
从那时起,科学家对许多深同源性的例子进行了更为详细的研究。卡罗尔博士和他的同事最近通过重组基因模块发现了果蝇翅膀上的斑点是如何演化而来的。一种小型果蝇变种翅膀上长有16个独特的斑点图案。卡罗尔发现控制这些斑点分布的基因同许多果蝇体内控制翅膀纹理和感觉器官的是同一组基因。这些模块被果蝇借用来布置斑点。
我们的眼睛同样是深同源性的产物。水母的感光器官看起来与我们的眼睛完全不同,但是,它们都是由相同的基因模块产生的感光分子。