『遗传』狗血斗争史:病毒把祖传基因写入我们体内,却让我们更好地活着
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基因决定了每一个生物的性状 , 也造就了独一无二的你 。 然而不得不承认 , 人与人之间基因的相似度高达99.9% , 我们的那些独特性仅占庞大基因组中的0.1% 。
基因水平的研究揭示了人类和动物其实共享了很大一部分基因:人和黑猩猩的基因相似度高达96% , 人和猫的基因相似度也可以高达90% 。 微生物这一大类群在基因上可以说打了一个翻身仗 , 据研究显示 , 人类与酵母菌的基因有46%的同源 。 这些相似的基因在不同的生物体中执行类似的功能 , 因此也不难理解为什么会有如此高的相似性 。
然而有数据表明 , 人类基因组中有多达8%的序列来源于远古病毒 。 众所周知 , 病毒最喜欢白嫖 , 它们靠宿主细胞生活 , 用宿主细胞的能源与原材料给自己复制遗传物质完成繁衍 。 人类基因组中的这么多病毒基因难道会有什么作用吗?
在很长一段时间里 , 研究人员将这些序列称为垃圾DNA(junk DNA) , 但是现在看来这些来自远古病毒的基因不仅有作用 , 而且倘若没有它们 , 就可能没有现在的我们 。
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2016年美国密歇根大学医学院的研究者在筛查了2500份人类基因组后 , 发现了36种“潜伏”在人类基因组中的病毒基因 , 其中有19种是之前从未见过的、新确认的来自病毒的DNA片段 。 在数百万年前 , 这些病毒侵入了人类祖先 , 并且将自己的遗传信息整合到人类基因组中 , 开启了漫长的潜伏之路 。
病毒的名字与行为都给人一种“闻风丧胆”的感觉 。 人类与病毒是两种截然不同的生物 , 那么又是如何在基因水平产生交流的呢?首先我们要先认识一下基因 。
基因的世界不像人类世界那么复杂 , 没有因为物种的不同而形成所谓的“方言” 。 全世界的生物——动物、植物、微生物以及不具有典型细胞结构的病毒 , 都共用一套遗传体系:所有生物的遗传物质都是DNA(脱氧核糖核酸)或者RNA(核糖核酸) 。
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DNA由四种脱氧核糖核苷酸(A、C、T、G)组成 , 而RNA则由四种核糖核苷酸(A、C、U、G)组成 。 大自然的智慧在于 , 它不会为每一个生物量身定做核苷酸 , 而是所有的生物共用一套核苷酸 , 不同的遗传信息则体现在四种核苷酸的排列顺序上 。
这就好比英文里只需要26个字母 , 就可以根据不同的排列组合创造出成千上万个单词 , 人的核苷酸与其他动物、植物甚至微生物的核苷酸本质上并没有差异 , 生物之间的差别主要是通过核苷酸不同的排列顺序体现 。
而基因呢 , 其实指的就是这样一段核苷酸序列 。 所以一个DNA或者RNA上可以有若干个基因 。 这对生物来说有一个好处 , 就是方便基因突变以及基因交流 。 只需要插入或剪切掉部分核苷酸或者改变核苷酸的种类 , 就有可能创造出表达新性状的基因 。
生物遗传信息的传递遵循着中心法则 , 即遗传信息可以从DNA传递给RNA , 再由RNA传递给蛋白质 , 从而完成遗传信息的转录和翻译 , 同时DNA也可以自我复制 , 所有有细胞结构的生物基本就遵循这样简简单单的套路 。 直到病毒的出现 , 人们发现原来RNA也可以自我复制 , 甚至能够逆转录出DNA链 。
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中心法则
我们熟悉的艾滋病病原体HIV就是一种逆转录病毒 。 我们都知道病毒很强盗 , 自身只有核酸及必要的蛋白质 , 必须能依靠宿主细胞才能生存 , 而且用宿主细胞的原材料及能量服务于自己的繁殖 , 最后没准还要摧毁细胞 。
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