進(jìn)化生物學(xué)研究進(jìn)展

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1、從 1988年 開 始 ， Michigan State University 的 Lenski教 授 開 始 進(jìn) 行 一 項(xiàng) 長(zhǎng) 期 的 大 腸 桿 菌 的 進(jìn)化 實(shí) 驗(yàn) ， 試 圖 證 明 長(zhǎng) 時(shí) 間 的 進(jìn) 化 是 可 以 創(chuàng) 造 新的 物 種 的 。進(jìn) 展 一 ： 進(jìn) 化 過(guò) 程 是 可 以 被 觀 察 到 的 （ 大 腸 桿 菌 ）培 養(yǎng) 基92.5%檸 檬 酸 鹽 7.5% 葡 萄 糖 每 天 以 1%量 轉(zhuǎn) 接 一 次相 當(dāng) 于 傳 了 6.64代 實(shí) 驗(yàn) 從 12個(gè) 獨(dú) 立 的 populations開 始 ， 目 前 共 繁 殖 了 50000多 代 ， 從 33127代 起

2、 ， 一 個(gè) 可 以 利 用 檸 檬酸 鹽 作 為 碳 源 的 新 的 菌 株 出 現(xiàn) 了 ， 新 的 物 種 產(chǎn) 生 了 ！ 特 別 值 得 一 提 的 是 ， 研 究 者 還 證 明 ， 在 31000-31500代 大 腸 桿 菌 中 產(chǎn) 生 了 一 個(gè) 關(guān) 鍵 突 變 ， 它 雖 然 沒(méi) 有 導(dǎo) 致 分 解 檸 檬 酸 鹽 的 菌 種 產(chǎn) 生 ， 但 從 這 時(shí) 期 的菌 種 出 發(fā) ， 只 要 再 培 養(yǎng) 2000-3000代 ， 均 可 以 產(chǎn) 生 檸 檬 酸 鹽 分 解 菌 ， 而 且 這 種 進(jìn) 化 實(shí) 驗(yàn) 是 可 以 重 復(fù) 的 ，但 用 20000代 前 的 菌 種 作 母

3、 本 則 無(wú) 法 重 復(fù) 進(jìn) 化 實(shí) 驗(yàn) ， 這 說(shuō) 明 進(jìn) 化 在 一 定 時(shí) 期 內(nèi) 是 有 方 向 的 。 1979年 （ 10分 鐘 1000條 ， 超 過(guò) 100種 ）1989年 （ 由 于 富 營(yíng) 養(yǎng) 化 與 獵 食 動(dòng) 物 引 入 ， 幾 乎 絕 跡 ） 目 前 （ 10分 鐘 1000條 ， 出 現(xiàn) 了 許 多 新 的 物 種 ） 進(jìn) 展 一 ： 進(jìn) 化 過(guò) 程 是 可 以 被 觀 察 到 的 （ 麗 魚 ） 2004年 Tiktaalik化 石 的 發(fā) 現(xiàn) ， 填 補(bǔ) 了 陸 生 脊 椎 動(dòng) 物 起 源 的 關(guān) 鍵 一環(huán) 。 近 20年 來(lái) 的 化 石 證 據(jù) 無(wú) 可 辯 駁

4、 的 證 明 了 鯨 類 其實(shí) 是 由 5千 萬(wàn) 前 的 一 種 偶 蹄 類 動(dòng) 物 進(jìn) 化 而 來(lái) 的 。 進(jìn) 展 二 ： 進(jìn) 化 過(guò) 程 中 的 過(guò) 渡 類 型 是 真 實(shí) 存 在 的 進(jìn) 化 是 真 實(shí) 存 在 的 ： 鳥 類 的 起 源 已 記 錄 10000多 種 ， 可 分 為 平 胸 鳥 和 非 平 胸 鳥 兩 類 鳥 的 起 源 ： 最 早 的 鳥 （ 始 祖 鳥 ） 鳥 起 源 于 恐 龍 的 化 石 證 據(jù) ， 中 華 龍 鳥 美 國(guó) 科 學(xué) 家 分 子 水平 上 分 析 了 6800萬(wàn)年 前 的 暴 龍 的 蛋 白質(zhì) 片 斷 ， 并 與 21種現(xiàn) 代 物 種 的 蛋 白

5、質(zhì)序 列 進(jìn) 行 了 比 較 ，結(jié) 果 確 證 ， 恐 龍 與鳥 類 具 有 共 同 祖 先 .恐 龍 并 沒(méi) 有 完 全 滅 絕 ，一 部 分 恐 龍 進(jìn) 化 成 了 現(xiàn) 代 鳥 類 進(jìn) 展 三 ： 進(jìn) 化 的 證 據(jù) -物 種 的 界 限 并 不 是 絕 對(duì) 的 一 般 認(rèn) 為 ： 物 種 間 的 界 限 是 明 確 的 ， 不 同 的 物 種 間 不 能 雜 交 ， 就 算 可 以 雜 交 ，它 們 的 后 代 也 是 不 育 的 。 環(huán) 物 種 （ ring species)： 一 物 種 因 地 理 區(qū) 隔 （ 如 湖 泊 、 山 岳 、 峽 谷 ） 等 因 素 而沿 著 該 區(qū) 隔

6、 繁 衍 產(chǎn) 生 多 個(gè) 亞 種 ， 各 相 鄰 亞 種 之 間 有 著 連 續(xù) 性 的 基 因 變 化 ， 當(dāng) 此 一 連續(xù) 亞 種 之 首 尾 物 種 亦 相 鄰 ， 此 物 種 整 體 分 布 型 態(tài) 正 如 一 圓 環(huán) 狀 ， 故 名 為 環(huán) 物 種 。 有趣 的 是 ， 環(huán) 物 種 的 首 尾 兩 亞 種 無(wú) 法 進(jìn) 行 繁 殖 ， 于 種 之 定 義 中 已 屬 不 同 種 ， 因 此 產(chǎn) 生疊 合 多 個(gè) 亞 種 差 距 后 竟 跨 越 種 差 的 奇 妙 現(xiàn) 象 。 章 魚 眼 與 人 眼 的 比 較 （ 進(jìn) 化 Vs神 創(chuàng) ） 人 眼 的 排 列 順 序 （ 外 內(nèi) ）血 管

7、 神 經(jīng) 感 光 細(xì) 胞 章 魚 眼 的 排 列 順 序 （ 外 內(nèi) ）感 光 細(xì) 胞 神 經(jīng) 血 管 讓 達(dá) 爾 文 “ 害 怕 ” 的 眼 睛 進(jìn) 展 四 ： 復(fù) 雜 性 狀 的 起 源 并 不 是 不 可 想 象 的復(fù) 雜 眼 睛 是 如 何 起 源 的 是 一 個(gè) 相 當(dāng) 難 回 答 的 問(wèn)題 。 近 年 來(lái) 的 比 較 解 剖 學(xué) 研 究 發(fā) 現(xiàn) ， 無(wú) 論 是 簡(jiǎn)單 的 水 母 還 是 復(fù) 雜 的 人 類 ， 其 眼 睛 結(jié) 構(gòu) 中 均 含有 視 蛋 白 (Opsins)與 晶 體 蛋 白 (Crystallin)兩種 基 本 成 份 。 2007年 ， University of

8、 California at Santa Barbara 的 Todd Oakley等 人 在 研 究 了 現(xiàn) 存 生 命 中 已 知 的 所 有 視 蛋 白 的蛋 白 序 列 后 指 出 ， 所 有 的 視 蛋 白 家 族 成 員 均 起源 于 6億 年 前 的 一 個(gè) 簡(jiǎn) 單 信 號(hào) 受 體 蛋 白 ， 這 時(shí) 復(fù)雜 生 命 形 態(tài) 沿 未 出 現(xiàn) 。 這 項(xiàng) 研 究 成 果 說(shuō) 明 ， 不 同 生 物 的 復(fù) 雜 眼 睛 結(jié) 構(gòu) 雖 然 有 不 同 的 起 源 ， 但還 是 只 能 利 用 早 期 祖 先 生 物 的 遺 傳 工 具 ， 只 不過(guò) 改 造 的 方 式 各 有 不 同 罷

9、了 。Pax6 異 位 表 達(dá) PAX6 基 因 能 讓 蝌 蚪 多 長(zhǎng) 一 個(gè) 眼 睛 適 者 生 存 的 難 題 ： 孔 雀 的 尾 巴雄 性 孔 雀 的 尾 巴 對(duì) 于 雄 性 個(gè) 體 來(lái) 說(shuō) 是 個(gè) 負(fù) 擔(dān) ， 在 適 者 生 存 的 法 則 下 應(yīng) 該 被 淘汰 ， 但 為 什 么 它 還 能 存 在 下 去 呢 ？ 因 為 雌 孔 雀 喜 歡 雌 孔 雀 喜 歡 選 擇 有 較 大 尾 巴 的 雄 孔 雀 ， 在 這 種 選 擇 的 壓 力 下 ， 雄孔 雀 的 尾 巴 起 來(lái) 越 大 ， 色 彩 更 加 艷 麗 。 好 處 ： 雄 孔 雀 能 帶 著 巨 大 而 顯眼 的 尾 巴

10、 生 存 下 去 ， 說(shuō) 明 它 的 生 存 能 力 強(qiáng) ， 選 擇 這 種 雄 性 產(chǎn) 生 的 后 代有 更 好 的 生 存 能 力 。 性 選 擇 進(jìn) 展 五 ： 性 選 擇 的 威 力 正 在 被 日 益 認(rèn) 識(shí) 達(dá) 爾 文 在 他 的 進(jìn) 化 理 論 中 提 到 了 性 選 擇 的 作 用 ， 但近 十 多 年 來(lái) 科 學(xué) 研 究 的 發(fā) 現(xiàn) 表 明 ， 性 選 擇 的 是 一 用 很 強(qiáng)的 選 擇 力 量 ， 作 用 堪 比 自 然 選 擇 。（ 1） 東 非 湖 的 麗 魚 在 其 進(jìn) 化 歷 史 中 可 以 在 同 片 水 域 中產(chǎn) 生 相 當(dāng) 多 的 物 種 ， 主 要 就 是

11、 性 選 擇 在 起 作 用 ；（ 2） 人 類 的 起 源 與 發(fā) 展 ， 性 選 擇 的 作 用 是 非 常 巨 大 的 ，比 如 膚 色 、 智 力 等 ；（ 3） 近 年 來(lái) 的 許 多 基 因 水 平 上 的 研 究 發(fā) 現(xiàn) ， 生 殖 相 關(guān)的 基 因 在 許 多 物 種 （ 果 蠅 、 人 ） 中 都 有 著 較 一 般 基 因 更快 的 進(jìn) 化 速 率 ， 這 種 現(xiàn) 象 的 出 現(xiàn) 是 由 于 一 種 稱 為 性 沖 突(sexual conflict)的 機(jī) 制 導(dǎo) 致 的 。 因 為 雄 性 在 將 精 液 注 入雌 性 體 內(nèi) 時(shí) ， 會(huì) 同 時(shí) 注 入 一 些 化 學(xué)

12、 成 分 ， 這 些 成 分 會(huì) 降 低 該 雌 性 與 其 它 雄 性 交 配 的 成 功 率 ， 可 是 這 些 物 質(zhì) 對(duì) 雌性 來(lái) 說(shuō) 是 有 毒 的 ， 所 以 雌 性 會(huì) 發(fā) 展 抵 制 這 些 雄 性 物 質(zhì) 的機(jī) 制 ， 雄 性 也 會(huì) 不 斷 發(fā) 展 這 種 物 質(zhì) 以 對(duì) 搞 雌 性 的 防 御 ，這 樣 雄 性 與 雌 性 間 就 生 殖 基 因 方 面 展 開 了 一 場(chǎng) 軍 備 競(jìng) 賽 ，使 得 生 殖 相 關(guān) 的 基 因 進(jìn) 化 的 更 快 了 。 寒武紀(jì)大爆發(fā)（神創(chuàng)論的稻草） 寒 武 紀(jì) 大 爆 發(fā) 發(fā) 生 的 時(shí) 間 約 為 5.45億年 前 ， 在 千 萬(wàn) 年

13、 時(shí) 間 內(nèi) 就 出 現(xiàn) 了 現(xiàn)生 動(dòng) 物 的 主 要 類 群 ， 無(wú) 脊 椎 動(dòng) 物 （ 主要 是 節(jié) 肢 動(dòng) 物 ） 極 大 繁 盛 。 代 表 化 石 點(diǎn) ， 我 國(guó) 云南 澄 江 化 石 群 寒 武 紀(jì) 大 爆 發(fā) 的 食 物 鏈 學(xué) 說(shuō)捕 食 者 獵 物 關(guān) 系 的 日 益 復(fù) 雜 導(dǎo) 致 了 動(dòng) 物 在 攝 食 、 運(yùn) 動(dòng) 、 保 護(hù) 等 方 面 有 多 種多 樣 的 適 應(yīng) 。 自 然 選 擇 壓 力 驅(qū) 動(dòng) 多 樣 化 ， 證 據(jù) （ 這 個(gè)時(shí) 期 的 動(dòng) 物 多 數(shù) 帶 殼 或 者 有 堅(jiān) 硬 的 外 骨骼 ） 。 進(jìn) 展 六 ： 動(dòng) 物 形 態(tài) 進(jìn) 化 的 分 子 基 礎(chǔ)H

14、 omeodomain gene的 出 現(xiàn) ， 為 動(dòng) 物 身 體 結(jié) 構(gòu) 變 的 更 為 復(fù) 雜 提 供 了 遺 傳 基 礎(chǔ) 。 無(wú) 論 是 果 蠅 還 是 人 類 ， 胚 胎 發(fā) 育過(guò) 程 中 軸 向 性 質(zhì) 的 控 制 基 因 都 是一 致 的 ， 稱 為 Hox基 因 家 族 。 Dll1-Hoxb6 HoxA10 通 表 達(dá) ： 不 長(zhǎng) 肋 骨 HoxB6 通 表 達(dá) ： 通 身 長(zhǎng) 肋 骨(Tania Vinagre,2010, Developmental Cell)進(jìn) 化 發(fā) 育 生 物 學(xué) 的 興 起 （ Evo Devo) 進(jìn) 展 七 ： 人 類 的 進(jìn) 化 之 路 逐 漸

15、清 晰 300 400萬(wàn) 前 ， 南 方 古 猿 在 非 洲出 現(xiàn) ， 代 表 為 阿 法 南 猿 （ 露 西 ，直 立 行 走 ）250萬(wàn) 前 ， 能 人 出 現(xiàn) ， 腦 容 量 增大 ， 能 制 造 簡(jiǎn) 單 的 石 頭 工 具180萬(wàn) 前 ， 直 立 人 出 現(xiàn) ， 腦 容 量進(jìn) 一 步 增 大 ， 能 使 用 火 ， 吃 熟 食 30萬(wàn) 前 ， 智 人 出 現(xiàn) ， 能 熟 練 的制 造 使 用 工 具 ， 具 有 抽 象 思 維 能力 現(xiàn) 代 智 人 的 起 源多 地 區(qū) 起 源 假 說(shuō) 取 代 假 說(shuō)（ 走 出 非 洲 ）化 石 證 據(jù) 多 支 持 這 種 假 說(shuō) 分 子 證 據(jù) 多

16、支 持 這 種 假 說(shuō) 歐 洲 的 尼 安 德 爾 特 人 人 類 起 源 于 非 洲 ， 最 早 的 夏 娃 是 一 位 10萬(wàn) 年 前 的 非 洲 婦 女 真 核 生 物古 細(xì) 菌細(xì) 菌 脊 椎 動(dòng) 物進(jìn) 展 八 ： 生 命 之 樹 (Tree of Life)計(jì) 劃 的 完 善從 共 同 祖 先 開 始 分 歧 ， 不 同 的 生 物 群 體 沿 著 各 自 獨(dú) 特 的 進(jìn) 化 軌 跡 發(fā) 展 變 化 ， 隨著 生 物 進(jìn) 化 的 發(fā) 展 ， 各 種 物 種 間 便 產(chǎn) 生 了 一 種 樹 杈 狀 (Branch)的 相 互 聯(lián) 系 關(guān) 系 。我 們 可 以 通 過(guò) 研 究 不 同 物

17、種 間 的 遺 傳 特 征 和 其 它 一 些 歷 史 證 據(jù) ， 用 一 種 稱 為 系統(tǒng) 發(fā) 育 樹 (Phylogeny)的 樹 狀 結(jié) 構(gòu) 表 示 不 同 物 種 間 的 進(jìn) 化 關(guān) 系 。 以 下 所 見(jiàn) 到 的就 是 將 地 球 上 所 有 生 物 結(jié) 合 在 一 起 的 系 統(tǒng) 發(fā) 育 關(guān) 系 。 我 們 稱 之 為 生 命 之 樹(Tree of Life)。 進(jìn) 展 九 ： 生 命 并 不 是 上 帝 創(chuàng) 造 的 ， 人 造 生 命 是 可 能 的2010年 5月 ， 美 國(guó) 生 物 學(xué) 家 克 雷 格 文 特 爾 (Craig Venter)宣 布 在 實(shí) 驗(yàn) 室 中 制

18、造 出 世 界 首 個(gè) 人 造 生 命 細(xì) 胞 。 克 雷 格 文 特 爾 將 一 種 稱 為 絲 狀 支 原 體 絲 狀 亞 種 的 微 生物 的 DNA進(jìn) 行 重 塑 ， 并 將 新 的 DNA片 段 “ 粘 ” 在 一 起 ，植 入 另 一 種 細(xì) 菌 中 。 新 的 生 命 由 此 誕 生 ， 這 種 新 生 的微 生 物 能 夠 生 長(zhǎng) 、 繁 殖 ， 并 產(chǎn) 生 一 代 又 一 代 的 人 造 生命 。 植 入 的 DNA片 段 包 含 約 850個(gè) 基 因 ， 而 人 類 的DNA圖 譜 上 共 有 約 35000個(gè) 基 因 。不 過(guò) ， 從 廣 義 上 來(lái) 講 ， 文 特 爾

19、的 人 造 生 命 并 不 完 全 是人 造 的 ， 它 利 用 了 宿 主 細(xì) 胞 的 細(xì) 胞 質(zhì) ， 并 且 包 含 的850基 因 也 都 來(lái) 源 來(lái) 其 它 生 物 ， 文 特 爾 的 實(shí) 驗(yàn) 嚴(yán) 格 來(lái)說(shuō) 只 是 一 個(gè) 更 為 復(fù) 雜 的 細(xì) 胞 基 因 工 程 改 造 。 MasterBreakthrough 如 同 我 們 的 左 手 和 右 手 ， 一 些 化 學(xué) 物質(zhì) (如 氨 基 酸 )以 兩 種 鏡 像 形 態(tài) 存 在 。 一 般 情況 下 ， 化 學(xué) 物 質(zhì) 如 果 以 兩 種 形 態(tài) 存 在 ， 那 么左 旋 或 右 旋 的 數(shù) 量 會(huì) 大 致 相 等 。 但 在

20、活 細(xì) 胞中 ， 所 有 氨 基 酸 均 是 左 旋 ， 所 有 糖 和 核 苷 酸則 是 右 旋 。 長(zhǎng) 期 以 來(lái) ， 研 究 生 命 起 源 以 前 化 學(xué) 的 科學(xué) 家 無(wú) 法 解 釋 ， 在 地 球 早 期 ， 第 一 個(gè) 活 生 命系 統(tǒng) 如 何 只 選 擇 一 種 手 性 的 化 學(xué) 物 質(zhì) 。 為 什么 左 旋 核 苷 酸 阻 止 右 旋 核 苷 酸 在 一 條 鏈 條 上連 接 以 形 成 RNA或 DNA。 倫 敦 大 學(xué) 帝 國(guó) 學(xué) 院 的 堂 娜 布 萊 克 默 德等 研 究 人 員 發(fā) 現(xiàn) ， 通 過(guò) 不 斷 的 冷 凍 和 融 解 ，一 個(gè) 由 左 旋 和 右 旋

21、分 子 構(gòu) 成 的 混 合 物 能 夠 被轉(zhuǎn) 換 成 單 一 形 態(tài) 。 生 物 的 手 性 ： 神 的 安 排 ？ 蛋 白 質(zhì) （ 催 化 劑 ） DNA（ 信 息 載 體 ）雞 與 蛋 的 問(wèn) 題核 酶 （ Ribozyme）在 DNA與 Protein世 界 形 成 之 前 ， 可 能 存 在 一 個(gè) RNA世 界 ， 但 這 個(gè) 世 界 真 的 存 在 嗎 ？ 首 次 合 成 可 無(wú) 限 復(fù) 制 的 RNA 核 苷 酸 可 以 自 發(fā) 形 成 研 究 原 始 地 球 生 命 起 源 前 化 學(xué) 的 化 學(xué) 家 在 核 苷 酸 如 何 自 然 出 現(xiàn) 的 問(wèn) 題 上 瀕 于 崩 潰 。

22、核 苷 酸 由 一 個(gè)身 處 一 端 的 像 核 糖 和 去 氧 核 醣 這 樣 的 糖 分 子 ， 和 處 于 另 一 端 的 磷 酸 鹽 組 (phosphate group)構(gòu) 成 。 化 學(xué)家 驚 喜 地 發(fā) 現(xiàn) ， 像 腺 嘌 呤 這 樣 的 鹽 基 可 以 由 簡(jiǎn) 單 的 化 學(xué) 物 (如 氫 化 氰 )輕 易 形 成 。 然 而 ， 科 學(xué) 家 多 年 努力 卻 化 為 泡 影 ， 因 為 他 們 發(fā) 現(xiàn) 腺 嘌 呤 無(wú) 法 與 核 糖 建 立 天 然 聯(lián) 系 。2009年 ， 英 國(guó) 曼 徹 斯 特 大 學(xué) 化 學(xué)家 約 翰 薩 瑟 蘭 (John Sutherland)在 自 然 雜 志 上 發(fā) 表 的 一 篇 論 文 稱 ， 他 發(fā) 現(xiàn) 了 一 個(gè) 經(jīng) 由 生 命 起源 前 化 學(xué) 物 人 工 合 成 核 苷 酸 的 驚人 途 徑 。 薩 瑟 蘭 博 士 并 不 是 通 過(guò)可 能 存 在 于 原 始 地 球 上 的 化 合 物分 別 培 育 鹽 基 和 糖 ， 他 的 研 究 發(fā)現(xiàn) 在 合 適 的 條 件 下 ， 鹽 基 和 糖 分可 以 構(gòu) 成 單 一 單 元 ， 所 以 ， 根 本不 需 要 被 連 接 起 來(lái) 。 硅 酸 鹽 是 地 球 早 期 生 命 催 化 劑 過(guò) 渡 金 屬 催 化 劑 或 是 生 命 起 源 的 關(guān) 鍵