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分子“化石”的出现为这一奇想提供了佐证:人类细胞核中的一些RNA(向导RNA、穹窿体RNA、核小RNA、核仁小RNA、自剪接内含子),做着类似于将自身从基因中切除的事情,好似没啥用处。细菌中就没有,这种机制与其说是我们人类发明的,倒不如说是细菌所废弃的。(令人惊讶的是,除非有其他的理由,否则相较复杂的解释而言,科学界更倾向于认为简单的解释可能性更大。这一原理在逻辑上称为“奥卡姆剃刀”。)细菌在进入诸如温泉或温度可高达170°C的地岩等高温环境时,精简装备,丢弃了这些看似可有可无的RNA,以最大限度地减少由高温引发的问题。摈弃掉这些RNA后,细菌发现在诸如寄生和食腐等环境中,它们的新式高效细胞装备使其得以在“贴身肉搏”时占据繁殖速度优势。人类保留了这些古老的RNA,尽管这些上古装备不再发挥作用了,但残骸依旧,从未被完全剔除。细菌世界竞争激烈,得靠简单快速才能取胜。不同的是,我们(所有动物、植物和真菌)从未遭遇过如此激烈的竞争,以致更倾向于变得复杂并拥有尽可能多的基因,而非使用高效的细胞装备。[11]每个生物中的三联体密码子都是一样的。CGA代表精氨酸,GCG代表丙氨酸——无论是在蝙蝠、甲虫、山毛榉,还是在细菌中,都是如此。甚至对于生活在大西洋海面以下数千英尺[3]的沸腾硫磺泉中的古细菌(名字具有误导性),或在那些被称为病毒的蜿蜒曲折的微囊里,亦是如此。无论在世界上的任何地方,无论看到的是哪种动物、植物、昆虫或其他东西,只要是活物,使用的都是同一套密码子和对照表,所有生命无一例外。除了一些微小的局部改变外(主要发生在纤毛虫内,具体原因未知),所有生物的遗传密码均是相同的。我们都使用完全一样的语言。
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这意味着创世纪只有一次,生命是在这唯一的创世纪里被创造出来的(宗教人士或会认为此论据铿锵有力)。当然,生命也可能诞生在不同的星球上,并由宇宙飞船播种到地球,抑或起初有着成千上万种生命形态,但只有“Luca”能在贫瘠得一无所有的原始汤中幸存下来。然而,直到20世纪60年代破译了遗传密码,才得以知晓:万物归一。海藻是你的远亲,炭疽杆菌是你的尊长。生命是统一的,这是从经验中得出的事实。伊拉斯谟·达尔文有个论断与此异常相近:“所有有机生命均起源于同一种有生命的丝状物。”
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通过翻阅基因组这本天书,可以得到一些简单的事实:生命具有的统一性,RNA的重要性,地球上最早生命的化学特性,以及大型单细胞生物可能是细菌的祖先(而非反过来)。由于缺乏40亿年前有关生命的化石记录,我们只得仰仗基因组这本天书。小指细胞里的基因是第一个复制分子的嫡系后裔。通过数以百亿计的复制,才有了如今身上承载着可追溯往昔峥嵘岁月的数字化信息的我们。如果人类基因组能够告诉我们有关原始汤中发生的事情,那么对于接下来的40亿年中会发生些什么,我们将知晓得更多。人类基因组实质上就是用遗传密码书写的人类历史。
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[1] 1英里等于1.609 344千米。——编者注
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[2] 维吉尔,被奉为罗马的国民诗人,是古罗马最伟大的诗人之一,写过史诗《埃涅阿斯纪》;荷马,相传为古希腊的吟游诗人,创作了影响深远的《荷马史诗》。——译者注
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[3] 1英尺=0.3048米。——编者注
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基因组:生命之书23章 2号染色体 物种
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人,即便拥有世间一切高贵品质,那深埋在躯体之下的卑微烙印,也永不磨灭。
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——查尔斯·达尔文
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有时真相近在眼前。直到1955年,人们还一致认为人类有24对染色体。大家都想当然地觉得这是铁板钉钉的事情,是因为在1921年,一位名叫西奥菲勒斯·佩因特(Theophilus Painter)的得克萨斯人将因为精神失常而受虐自宫的两个黑人和一个白人的睾丸制成了薄切片,用化学试剂进行固定,并在显微镜下进行观察。佩因特试着数了数这几个倒霉蛋的精母细胞里那些缠成一团的、不成对的染色体,最后得出了24这个数。他说,“我相信这数字是正确的”。之后,其他人又用别的方式重复了他的实验,所有人都认为就是24对。
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30年来,没有人对此“事实”提出过异议。为此,有一组科学家放弃了对人类肝细胞的研究,因为他们只能在细胞中找到23对染色体。另一位研究者发明了一种分离染色体的方法,但他仍然认为自己看到的是24对。直到1955年,一位名叫蒋有兴(Joe-Hin Tjio)的印尼华人从西班牙去往瑞典与艾伯特·莱文(Albert Levan)一起共事时,真相才浮出水面。蒋有兴和莱文使用更为先进的技术,清楚地看到了23对。他们甚至回过头来在一些书的照片里数出了23对,尽管照片下面的文字标注说的是24对,真是睁着眼睛说瞎话。[1]
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人类并没有24对染色体,这着实令人惊讶。黑猩猩、大猩猩和红毛猩猩都有24对染色体。在猿类中,我们人类是个例外。在显微镜下,我们人类和其他所有猿类最明显的区别就在于我们少了一对染色体。很快就发现,其原因并非人类缺少一对猿染色体,而是两个猿染色体在我们体内融合在了一起。实际上,人类的第二大染色体——2号染色体,是由两个中等大小的猿染色体融合而成的,这可以从相应染色体上的黑色条带的图案中看出。
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教皇约翰保罗二世(Pope John Paul II)在1996年10月22日给教宗科学院的致辞中指出,祖猿与现代人类之间存在着“本体论的非连续性”,即上帝将人类灵魂注入了动物的骨子里。因此,教会可以与演化论达成和解。可能是当两条猿染色体融合在一起时,产生了本体的跃迁,而灵魂的基因就处在2号染色体中间附近。
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尽管教皇这么说了,但人类绝非演化的巅峰。演化无终无极,亦没有高下之分。自然选择不过是生命形式发生改变以适应物理环境和其他生命形态的过程。生活在大西洋海底硫黄喷口的黑烟囱菌,源自“Luca”时代结束后不久就与我们祖先分道扬镳的一个菌群,起码在基因水平上,可以说它比银行职员在功能上演化得更为彻底。由于它的代际更迭时间较短,因此有更多的时间来完善其基因。
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本书专门探讨人类这个物种的情况,但并不是说该物种是最为重要的。人类当然很是独特。在他们的两耳之间,有着地球上最为复杂的生物机器——大脑。但是复杂并不代表万能,亦非演化的目的。地球上每个物种都是独一无二的。可以说,世界上最不缺的就是唯一性了。尽管如此,我仍要在本章中探讨这种人类的独特性,以发掘我们这个物种特质的成因。请原谅我的狭隘。起源于非洲的无毛灵长类动物,曾繁荣一时,不过它们的故事却也只是生命史上的过眼云烟。然而在无毛灵长类动物的历史中,却是至关重要的。那么,我们人类这个物种的独特卖点(selling point)到底是什么呢?
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人类对于适应环境很是在行,或是整个地球上数量最多的大型动物。全世界共有约60亿人,其生物量总计达3亿吨。那些在数量上达到或超过人类水平的大型动物,要么是那些被我们驯化了的动物,如牛、鸡、羊。要么是依靠人为生境才得以生存的动物,如麻雀和老鼠。相比之下,世界上只有不到1000只山地大猩猩,即便在人类开始屠杀它们并毁坏其栖息地之前,其数量可能也不到目前的10倍。而且,人类这个物种在不同的生境,无论冷或热、干或湿、高或低、海洋或沙漠,均具有强大的生存能力。除人类之外,只有鹗、仓鸮和粉红燕鸥是在除南极洲以外各洲均能大规模繁衍生息的大型物种,不过它们的栖息地都太过受限。毫无疑问,人类为适应各种生态环境付出了高昂的代价,我们注定大难将至:作为成功物种,我们对未来持悲观态度。不过到目前为止,我们还算成功。
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然而,一个异乎寻常的事实是,人类经历过一长串的失败。人类是猿类的后代,而猿类在1500万年前与“更强”的猴子展开竞争时落了下风,几近灭绝。人类是灵长类的后代,而灵长类哺乳动物在4500万年前与“更强”的啮齿动物展开竞争时落了下风,几近灭绝。人类是合弓纲四足动物的后代,而此爬行动物祖先在2亿年前与“更强”的恐龙展开竞争时落了下风,几近灭绝。人类是远古叶鳍鱼的后代,在3.6亿年前,在与“更强”的辐鳍鱼的竞争中落了下风,几近灭绝。人是脊索动物,在5亿年前的寒武纪与“更强”的节肢动物展开竞争时,侥幸活了下来。不得不说,我们最终适应环境存活下来,实属意外。
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在“Luca”之后的这40亿年里,这个“词”变得越来越适于制造理查德·道金斯(Richard Dawkins)所说的“生存机器”:大型的、由血肉浇筑的生物体,擅长减小局部的熵以更好地在体内进行基因的自我复制。它们是通过一次次郑重而繁杂的试错过程,即所谓的自然选择来做到这一点的。数以万亿计的生物体被造出来,历经重重检验,只有那些适应日趋严苛生存条件的生物体,才得以繁衍下去。起初,这只是一个简单的化学效率问题:最好的生物体是那些能够找到将其他化学物质转化为DNA和蛋白质的途径的细胞。这一阶段持续了大约30亿年。其他星球上的生命在那时是什么样子我们不得而知,但在地球上,生命仿佛就是在不同种类的变形虫之间来回拉锯。在那30亿年间,存活过的单细胞生物不计其数,每个生物在短短几天内就得历经繁殖和死亡。循环往复,不断试错。
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不过这并非生命的终结。大约10亿年前,更大的多细胞生物诞生了,并且大型生物突然大爆发,这宣告着一种新的世界秩序已骤然而至。从地质学角度来看,仅在眨眼之间(俗称的寒武纪大爆发可能只持续了一两千万年),便出现了结构无比复杂的庞然大物:跑得飞快且将近一英尺长的三叶虫,比这还长的粘蠕虫,半码[1]长的游藻。单细胞生物仍占主导地位,但是这些笨重的庞然大物也在开疆拓土。奇怪的是,这些多细胞体竟意外地向前迈进了一步。尽管偶有陨石会从太空砸向地球而造成一些零星的倒退(很不幸的是,这种灾难往往倾向于给更大、更复杂的生命形式带来灭顶之灾),但仍存在清晰可辨的演化趋势。动物存在的时间越长,其中的一些就变得越复杂。尤其是那些最聪明的动物的大脑,变得越来越大:古生代最大的大脑小于中生代最大的大脑,中生代最大的大脑小于新生代最大的大脑,而新生代最大的大脑小于当代最大的大脑。这些基因发现了一种能实现自己“野心”的方法:制造一种不仅能够生存,而且还具有智能行为的机器。现今,如果动物体内的基因发现自己受到了冬季暴风雪的威胁,便会凭借自己的身体做些聪明的事,比如向南迁移或搭建避风所。
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让我们一口气从40亿年前来到距今1000万年前的时候。暂且不去讨论当时出现的第一个昆虫、鱼类、恐龙和鸟类,按大脑与身体比例来看,那时地球上拥有最大大脑的生物或许是我们的祖先类人猿。在那时,即距今1000万年前,非洲或许生活着不少于两种猿类。其中一种是大猩猩的祖先,另一种是黑猩猩和人类的共同祖先。大猩猩的祖先有可能在非洲中部的重重山林里安顿了下来,与其他猿类有了基因隔离。在那之后的500万年间,另一种猿的后代形成了两个不同的分支,最终分别演化成了人类和黑猩猩。
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我们之所以知道这个故事是因为它就刻在基因里。就在不久之前的1950年,伟大的解剖学家约翰·扎卡里·杨(J. Z. Young)还在说尚不清楚人类是来自与猿类共有的祖先,还是起源于在6000万年前从猿类谱系中分离出来的另一灵长类分支。还有一些人仍然认为红毛猩猩很可能会被证明是我们最为近亲的物种。[2]然而时至今日,我们不仅知道黑猩猩从人类谱系中分离出来的时间晚于大猩猩,还知道猿类从人类谱系中分离出来的时间不超过1000万年,甚至可能还不到500万年。基因中那些随机拼写错误的累积率可以印证物种之间的关系。无论是查看基因、蛋白质序列,还是任意一段DNA序列,你会发现,大猩猩与黑猩猩之间的差异均大于黑猩猩与人类之间的差异。用最平实的话来讲,这意味着人和黑猩猩DNA分子杂交所形成的杂合双链,相较黑猩猩和大猩猩或大猩猩和人DNA分子杂交所形成的杂合双链,需要更高的温度才能解开。
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校正分子钟以给出准确的时间就要困难得多了。由于猿类寿命长且生育年龄较晚,因此它们的分子钟走得比较慢(拼写错误大多发生在复制期间,即精卵形成的时候)。然而针对于此,目前尚不清楚该如何校正分子钟。此外,基因之间也不尽相同。有些DNA片段似乎暗示着黑猩猩和人类早就分道扬镳了。而其他DNA片段,如线粒体DNA片段,得出的却是一个更近的时间点。总之,500万到1000万年是一个被普遍接受的范围。[3]
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除2号染色体融合之外,黑猩猩和人类染色体之间的可见差别微乎其微。有13对染色体是看不出来明显差异的。如果随机选取黑猩猩基因组中的一个“段落”,并将其与人类基因组中相应的“段落”进行比对,你将发现仅有个别“字母”不同:平均而言,每100个字母中只有不到2个不同。我们就是黑猩猩,这句话有98%的准确度;黑猩猩就是人,这句话的置信限是98%。如果你仍旧不以为然,那么请思考一下这个问题:黑猩猩的97%是大猩猩,人类的97%也是大猩猩。换句话说,我们比大猩猩更像黑猩猩。
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