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参考资料
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1. 吴秀杰,刘武,吴永胜,董为.中国化石人类脑量演化特点及其意义[A]. 第十届中国古脊椎动物学学术年会论文集[C]. 北京: 海洋出版社,2006:109–120.
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2. 吴秀杰.化石人类脑演化研究概况[J]. 人类学学报,2003,22(3):249–255.
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[1] 泰勒斯,古希腊思想家、科学家、哲学家,希腊七贤之一,创建了古希腊最早的哲学学派——米利都学派,西方思想史上第一个有记载并留下名字的思想家,被称为“科学和哲学之祖”。
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[2] 摩艾石像,是位于复活节岛的一群巨型人像,遍布全岛。关于这些石像的来历,连岛上的居民也说不清,考古学家们有多种说法,但至今没有定论。
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[3] 20世纪20年代,科学家提出一种理论,认为在45亿年前,地球的海洋中就产生了存在有机分子的“原始汤”,这些有机分子是由于闪电等能源对原始大气中的甲烷、氨和氢等的化学作用而形成的。50年代初,有人通过模拟放电实验,使无机物形成了水溶性有机小分子,其中包括4种氨基酸和氰化氢、甲醛等。
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[4] 来自土耳其的Sultan身高2.51米,2009年被吉尼斯世界纪录认证为“世界上最高的男性”。来自尼泊尔的Chandra身高仅为54.6厘米,2012年2月被吉尼斯世界纪录认证为“世界上最矮的男性”。2015年,Chandra因病去世,享年76岁。——编者注
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[5] 恒星中的核反应会生成碳元素和其他元素,当恒星爆炸,这些元素被洒向宇宙。
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生命密码:你的第一本基因科普书 莫以基因组大小论英雄
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什么叫基因组?
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当我们遇到一个新的物种,随着知识背景的不同而愈发专业,大概会从“这是什么动物”“这动物是肉食还是植食”,一直问到“这动物是哪个科的”。至于“这货能吃么”,不在本次讨论之列。
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当我们从基因角度去研究一个物种的时候,一定会问一个问题:“这个物种基因组有多大?”第一次看到这个名词一定会有些奇怪,基因就是基因,基因组又是个什么东西呢?这东西还能用大小描述么?
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为了便于理解,我们用扑克牌举例。一副牌不算大小王是52张,花色是黑、红、梅、方;一个人的基因组有30亿个碱基对(3Gb),花色是A、G、T、C(A腺嘌呤、G鸟嘌呤、T胸腺嘧啶、C胞嘧啶),都是DNA的基本组成部分。如果咱们玩斗地主,78910JQK,这个序列是有意义的,在扑克牌里叫顺子,在基因组里可类比于一个基因。但如果这个顺子里面的10变成了9,那么这个本来可以一次出去的牌,就变成了只有一对9,其他都是单牌,这副牌玩下去可能就输了。这样的变化就属于基因突变,如果发生在重要的基因上,可能就会引起遗传疾病或者肿瘤。
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这个地球上相当比例的生物都是二倍体,即由受精卵发育而来,且每一个体细胞内都有两套染色体,分别来自父母。人类也是如此。但我们讲基因组的时候通常说的是其中的一半,即单倍体。我们可以把一个人的基因组想象成一副有30亿张牌的扑克,分成了23摞,每一摞就是一条染色体,所以一个人是有23对染色体的(22对常染色体和1对性染色体),又因为性染色体有X、Y两种,所以人类总共有24种染色体。我们人类大约有22000个基因(准确的数字今天依然有争议),但也只占到了全部序列的1.5%,其他清楚功能的算在一起也不过3%。也就是说,我们基因组当中至少还有97%是“暗物质”,越来越多的证据表明这些之前认为的“垃圾序列”是有用的,只是我们还没有研究得很明白。
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现在你明白了吧,说一个物种基因组有多大,就是问这个物种有多少张“扑克牌”,也即多少个碱基对。比如乙型肝炎病毒基因组有多大啊?3.2Kb,也就是3200对;大肠杆菌基因组有多大啊?4.6Mb,也就是400多万对;果蝇(一种苍蝇)的基因组有多大啊?137Mb,也就是1.37亿对;水稻的基因组有多大啊?460Mb,也就是4.6亿对;大豆的基因组有多大啊?1Gb,大约是10亿对;那小麦的基因组呢?16Gb,也就是160亿对。至于人类,刚才已经讲过了,大约是3Gb,也就是30亿个碱基对。不光是人类,大部分哺乳动物也都是在3Gb左右,而鸟类的基因组大部分是1Gb左右,至于鱼类、两爬类还有昆虫们,它们的基因组大小范围就非常广阔了,从几百Mb到几十Gb都有,还真不容易一概而论。
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你可能有点儿混乱了,难道不是物种越高等,基因组就越大么?当然不是,正如不能说鲸鱼、大象比人体型大,它们就比人类更高等一样。物种的基因组大小和它的复杂性之间没有严格的对应关系,这个现象被称为“C值悖论”。
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C值悖论
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我们终于可以正经地讲讲基因组了。基因组是生命的源代码,是细胞内所有的遗传信息的总和,是指导物种生长、发育和繁衍的基本程序。
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30多亿年前,生命的第一个完整基因组诞生,它具有了复制、变异和遗传的特性,从诞生之日起便在这个星球上以不可阻挡的力量扩散和传承,形成了今天众多已知和未知的丰富多彩的生命形式。这些栖息于不同生命载体的基因组在时间和空间中有着无穷的多样性,基因组大小的变异就是其中之一。这个大小,我们用C值表示。
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C值,即每一种生物的单倍体基因组DNA总量,或者通俗一点理解,也就是这个物种的所有扑克牌,即所有碱基对加在一起有多重。我们一般用皮克(pg,10~12克)表示,1pg的重量约等于1Gb(10亿个)的碱基对。虽然生命大致还是遵循了从简单到复杂、从低等到高等的演化模式,但正如刚才列举的例子,基因组大的物种并不一定更高等。
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目前研究结果显示,对于每个生命大分支(细菌、真菌、动物、植物、藻类和原虫等),基因组大小与生命复杂度之间并没有绝对的相关性,“低等”生命可能拥有极大基因组,而“高等”生命的基因组可能小巧而精致,这就是物种之间基因组大小变异的C值悖论。
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这似乎与我们的感性认识不相符合。
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