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                          古細菌向達爾文叫板
                          凤凰彩票app下载:騰訊   發佈者:ailsa   日期:2018-08-23   今日/總瀏覽:13/8737

                          大科技雜誌社

                          走極端的小怪物

                          世界上的生物有千千萬萬aaa,我們熟悉的那些生物往往都是肉眼所見的動植物aaaa,比如一些家畜、農作物、觀賞樹等aaa。其實我們人類屬於體型很大的生物了aaaaa,所以我們站在自己大動物的角度上觀察生物界aaaa,難免有失偏頗aaaaa。

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                          比如aaa,很少有人知道這個世界上有一類微小的生物叫做古細菌aaa。這些小東西只有幾個微米大小aaaa,我們單憑肉眼根本發現不了它們aaaaa。它們出沒的地方環境惡劣aaaaa,比如海底高溫熱泉、高鹽度的水中、強酸或強鹼的地方等;也有少量古細菌生活在其他動物的消化道內aaa,比如牛這樣的反芻動物、白蟻體內aaaaa,有時它們也能進入人體內生存aaa。所幸它們對包括我們在內的動物都沒有危害aaa。

                          這些小怪物們不僅在生活環境方面走極端aaaa,它們的內部結構也十分怪異aaaa。生物學家曾經把地球上的所有生物分成了兩大類aaa,一類是真核生物aaaa,也就是具有細胞核的生物aaa,細胞內的生物化學反應比較複雜aaaaa,比如動物和植物;另一類是原核生物aaaaa,沒有細胞核aaaaa,以細菌爲代表aaaa。但是在發現了古細菌之後aaaaa,生物學家被搞糊塗了aaa,他們想不出這些小怪物到底屬於哪一類生物aaaaa。

                          古細菌有一些原核生物的特徵aaa,比如沒有細胞核;但它也有一些真核生物的特徵aaaaa,比如體內含有RNA聚合酶aaaaa,以及合成蛋白質時的某些機制aaaa,這些特徵都不可能出現在原核生物體內;同時aaaaa,它竟然還有許多既不同於原核細胞也不同於真核細胞的特徵aaaa,比如它的細胞膜和細胞壁就十分獨特aaa。

                          1977年aaaa,對古細菌深有研究的美國生物學家沃斯斷定aaa,這些小怪物既不屬於原核生物、也不屬於真核生物aaaa,而是一個獨特的門類aaa。沃斯於是提出aaaa,把地球上的所有生物劃分爲三大類aaaa,真核生物類、細菌類aaa,以及古細菌類aaaa。

                          挑戰傳統進化論

                          古細菌不僅給生物學家制造了分類的麻煩aaaaa,它們還試圖顛覆生物界中一個至高無上的學說——達爾文進化論aaa。

                          自從150多年前達爾文提出了科學的進化論學說後aaaa,後來的許多生物學家不斷完善這個學說aaaa,到20世紀中期aaaaa,他們把孟德爾的遺傳學說與達爾文進化論中的自然選擇學說結合在一起aaaa,形成了被大多數學者承認的現代綜合進化論aaaa。

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                          我們可以用兩句話來通俗地理解這個學說aaaa,第一句是“龍生龍aaaa,鳳生鳳aaaaa,老鼠的兒子會打洞”aaaaa,這是孟德爾提出的遺傳規律aaa,基因由父母一代傳遞給子女一代aaaaa,同時aaaaa,基因也會發生突變;第二句是“物競天擇aaaaa,適者生存”aaaaa,不同生物彼此競爭aaaa,通過自然界的選擇aaaaa,具有適應環境的基因的生物活下來aaaa,那些不適應環境的被淘汰aaa,生物得以不斷進化aaaa。

                          現代綜合進化論的觀點也被叫做達爾文式進化aaaa,認爲生物的基因傳遞是縱向的aaaaa,即在同一類生物中由父母傳遞給子女aaaaa,不同生物之間不會出現基因的橫向傳遞aaa。而且aaa,達爾文式進化還特別強調不同生物之間的隔離aaa,認爲只有通過隔離aaa,纔會產生出基因不同的新生物aaaa。

                          然而aaa,當我們把視線從真核生物身上移開aaa,研究古細菌和細菌的進化方式時aaa,卻發現它們根本不是這樣進化的aaa。這些微生物經常從周圍環境中其他微生物甚至動植物那裏“竊取”一些基因aaaaa,爲自己所用aaa,這種基因交流方式叫做“橫向基因轉移”aaaa。在最近幾年aaaa,生物學家纔開始注意到aaaaa,許多微生物的基因組中的基因大約有10%都是通過橫向基因轉移獲得的aaaa,而不是自己通過基因突變獲得aaaa。更有甚者aaaaa,還有一些極端的微生物它們體內的基因有近一半都是竊取別人的基因aaaaa。

                          顯然aaa,達爾文式進化所說的基因縱向傳遞、不同生物之間有隔離的規律aaaaa,根本就不適用於微生物aaaaa。古細菌、細菌雖然微小aaaaa,但是它們若論種類和數量aaaa,絕對是生物界最顯赫的分支aaaa,比我們熟悉的真核生物要龐大多了aaa。因此aaaaa,如果古細菌類和細菌類兩大生物分支都不是達爾文式進化的aaaaa,那我們還能說達爾文式進化是生物界的普遍規律嗎?

                          有錯能改的本領哪裏來?

                          在達爾文式進化中aaaa,基因突變產生的有益突變傳遞給下一代aaaa,使下一代具有了生存優勢aaaaa,於是廣泛傳播這種有益突變aaa。但對於以古細菌爲代表生物aaaaa,單個的古細菌產生出某個有益基因後aaa,通過橫向的基因交流aaaa,讓種羣中所有的個體都能夠直接複製這個有益基因aaaa,於是整個種羣變得更加強大了aaaa。

                          最近aaaaa,生物學家沃斯認爲aaa,在生命歷史的早期aaaaa,達爾文式進化還沒有出現aaaaa,因此這種橫向基因轉移一定是進化的主流aaaaa。他還找到了支持自己觀點的證據aaaa,那就是——遺傳密碼aaa。

                          生物體內的遺傳密碼實際上是由“密碼子”決定的aaaa,密碼子都是三個鹼基組合在一起aaaa,可以對應制造特定的氨基酸aaaaa,各種氨基酸組成長鏈aaaaa,能夠製造出生命活動所需的各種蛋白質和酶aaaaa。比如aaaa,密碼子AAU對應着一種叫做天冬醯胺的氨基酸aaa。目前生物學家知道共有64個密碼子aaaa,對應着20種氨基酸aaa,這意味不同的密碼子可以製造相同的氨基酸aaaa。

                          所有生物的遺傳密碼都是如此aaaaa,而且遺傳密碼還“知錯能改”aaaaa。比如當某個鹼基出現突變、基因密碼被更改時aaaaa,一般並不會影響生物製造氨基酸aaaa,進而製造蛋白質這些後續的進程aaaaa。英國牛津大學的生物學家發現aaa,這種匪夷所思的糾錯能力不是達爾文式進化可以自行產生的aaa,因爲他們曾經用模擬軟件來讓一些虛擬的遺傳密碼以達爾文式進化的方式生存aaaa,結果它們的確出現了一些糾錯能力aaaa,但是aaa,這種糾錯能力並不能在不同的遺傳密碼中共享aaa,這和真實世界中所有生物的遺傳密碼都有糾錯能力是矛盾的aaaaa。

                          而且aaaaa,不論這個模擬程序運行多少次aaaa,一些不利的遺傳密碼總是難以被淘汰aaa,生物體內的遺傳密碼始終無法達到最優的程度aaaa。實際上aaa,遺傳密碼的進化都被卡住了aaa,找不到通向最優組合的道路aaa。如果說真實的生物體內的遺傳密碼就像是一篇傳世佳作aaa,那麼程序中達爾文式進化的遺傳密碼就像是驢脣不對馬嘴的爛文aaaa,兩者有天壤之別aaa。

                          假如遺傳密碼最開始不是達爾文式進化aaaaa,而是能夠橫向基因轉移的aaaaa,情況又會怎樣呢?

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                          從橫向到縱向

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                          當然我們必須承認aaaa,在現代的真核生物中aaa,達爾文式進化還是主流aaaaa。不過隨着對各種動物的基因組測序工作的完成aaa,生物學家已經發現aaa,某些特定的基因令人匪夷所思地出現在許多風馬牛不相及的動物身上aaaa,比如青蛙、蜥蜴、小鼠、猴子就共同擁有一個DNA片段aaaa,而這個片段在其他動物體內並不存在aaaaa。由於這幾種動物分屬兩棲類、爬行類、哺乳類aaaa,所以這個DNA片段並非青蛙、蜥蜴、小鼠、猴子的共同祖先遺傳給它們的aaaa,否則各大門類的各種動物體內都應該有該片段aaa。這個DNA片段應該是在某個動物體內產生後aaaa,通過橫向基因轉移aaaa,傳遞給了幾種與自己不同類的動物身上aaa。

                          所以aaaaa,橫向基因傳遞不僅控制着古細菌和細菌的進化步伐aaa,它還影響着我們這樣的多細胞動物aaaaa,雖然它對多細胞動物的影響可能相當有限aaa。

                          我們該如何更全面地看待生物界的進化呢?沃斯提出aaaaa,生命早期的進化可能經歷了一系列的階段aaaa。

                          第一階段aaa,生物界出現了一個普遍的、基礎性的遺傳密碼aaaa,它讓所有的生物都同意“開放門戶”aaa,允許彼此共享有益的基因aaaaa,這就給後來的基因交流提供了一個平臺aaaa。這個密碼有點像我們現代互聯網中的“創新共享協定”aaa。

                          第二階段aaaaa,生物之間開始出現大量的橫向基因轉移aaaaa,許多有益基因出現並得到傳播aaaa,生物界很快變得很複雜aaa,出現了許多新的生物aaa。

                          第三階段aaaa,一些生物比如真核生物的複雜性達到了相當高的程度aaaa,此時如果不對基因交流加以限制aaaa,生物就會因爲遺傳密碼更新太快aaa,有益的基因反而會被淘汰aaaa。於是aaa,許多限制基因橫向轉移的遺傳密碼出現了aaaaa,當這種限制變得很強大時aaa,基因的交流就變成了只能在同種生物間出現aaa,而且由父母傳遞給子女aaaa。對aaaaa,這就是達爾文式進化aaaaa。

                          達爾文的時代aaa,人們對古細菌和細菌的情況知之甚少aaaa,所以我們不能苛求他提出的進化論會適用於這些微生物aaaaa。但是在我們已經對微生物世界有了深入瞭解的今天aaa,如果我們還對它們獨特的進化方式視而不見aaaaa,拿着達爾文式進化生搬硬套aaaaa,就太不應該了aaaaa。向提出進化論的達爾文致敬aaa,同時aaa,我們也要向開拓我們思路的古細菌致敬!

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