据www.eurekalert.org网站2007年1月29日报道,为什么进化速度和复杂性随时间呈递增趋势?这是一个难解之谜。例如,化石记录显示单细胞生命最初出现在大约350亿年前,然后它经历了大约250亿年才进化成为多细胞生命。这些多细胞生命再经过10亿左右的进化历程才创造出目前地球上所居住的各种各样的植物、哺乳动物、昆虫、鸟类以及其他一些物种。
美国莱斯大学的科学家通过一些新的研究为这一科学难题找到一个可能的答案,即进化的速度随时间呈递增趋势的原因可能在于细菌和病毒不断地在物种间将脱氧核糖核酸可换位信息块进行交换,这样的交换活动可能使得生命形式的进化速度比它们固有的进化速度要快,一般情况下,生命形式的进化只能依赖于雌雄淘汰和随机基因突变。
在生物化学和基因工程方面约翰·W·考克斯教授及物理学和天文学迈克尔·迪姆教授称:"我们已研发出首个进化数学模型的精确解,这种进化的数学模型可以对交叉物种基因交换情况进行解释。"1月29日出版的美国《物理评论快报》刊登了这篇研究报告。
过去的进化数学模型很大程度上将解释的重点集中于种群是如何应对点突变以及脱氧核糖核酸链条或者基因组上的单核苷酸随机改变。少数几个理论则集中于重组,即当母体的基因序列被重新进行组合时,这一重组过程就会出现在雌雄淘汰当中。
基因横向转换(HGT)是一种交叉物种形式的基因转换。当脱氧核糖核酸从一个物种被引入到另一物种时,就会出现这种基因横向转换现象。50多年以前,当这种想法首次被提出来时,它一度成为笑柄。但是随着抗药型细菌的出现以及后来的一系列发现使得这一想法在最近几年得到了科学家的广泛认同。后来那些发现主要包括对一种特殊蛋白质的鉴定,细菌可以利用这种蛋白质进行基因交换。
迪姆称:"我们知道包括人类、老鼠、小麦和玉米在内的一些动物和植物物种的基因组中大部分的脱氧核糖核酸来自于基因横向转换染色体突增。"他补充称:"例如,我们能够对大约4亿年前的人类和其他有节脊椎动物的自适应免役系统发展到基因横向转换染色体突增的过程进行跟踪研究。"
由迪姆教授和客座教授杰奥恩-曼·帕克共同研发的新型数学模型试图找出基因横向转换是如何改变进化总动态的方法。与现有的只对点突变或性别重组进行诠释的数学模型相比,迪姆和帕克教授的数学模型对基因横向转换如何在交叉种群间通过传播有利的基因突变来提高进化速度进行了诠释。
迪姆在2007年1月出版的《今日物理》封面故事中阐述了基因横向转换的重要性,文章描述了基因横向转换是如何向基因信息的模式性质"送礼馈赠"的,并使它切实可行地对换整套遗传密码,例如那些允许细菌挫败抗生素的基因。
迪姆教授称:"通过一种模形式将遗传信息存储起来,以及可以从其他物种接受有益的遗传信息模块,这样生命就得到了明显进化。"
备注:此项研究由美国国防高级研究项目局资助。
英文原文链接参见:http://www.eurekalert.org/pub_releases/2007-01/ru-des012907.php