最小基因组与生命起源

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后基因组时代的思考

最小基因组与生命起源

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生命最本质的特征是。每一个生物体都拥有一份最初的祖先

根据当代生物进化论研究者的观点，地球上的所生命进化的基石建立在遗传物质的变异和遗传上，ｕｎｉｖｅｒｓａｌｃｏｍｍｏｎａｎｃｅｓｔｏｒ．ＬＵＣＡ）。

在寻找ＬＵＣＡ的过程中，研究古细菌的基因组非

《科学》（双月刊）

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白质合成的装置最为发达，但尚未完全；ＲＮＡ合成的基因平行转移

尽管１９９０年代人们在寻找“第一个基本的共同祖基因平行转移（ｈｏｒｉｚｏｎｔａＪ

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ｔｒａｎｓｆｅｒ，ＨＧＴ），是

控制其结构和功能的“设计图”，这份“设计图”还可以一代代地遗传下去。在孟德尔和摩尔根时代。这份“设计图”被称为“遗传因子”或者“基因”．而在后基因组时代则被称为“基因组”。如果说达尔文的进化论关心的是物种起源，那么今天的进化论研究者则是把视野聚集在基因组的起源。此外，寻找最早基因组的工作又引出了另外一个非常重要的问题：维持一个能够独立生存的生物个体的基因组应该有多大。换句话说，能否得到一个满足生命活动最低需求的最小基因组。

常重要，因为古细菌的生长环境更接近原始地球的状态。在１９９６年，科学家们解析了从深海发现的古细菌物种詹氏甲烷球菌（Ａ如琥吼ｏｃＤｃｃⅥｉ帆ｎ∞ｃ＾五）的基因组全序列。这是第一个被分析的古细菌类生物的基因组。其主要的环状染色体共有１５０万对碱基，含大约１７００个基因【”。通过比较基因组研究．研究者推断出“第一个基本的共同祖先”可能具备这样一些特征：蛋功能要比蛋白质合成差一些；而ＤＮＡ合成的机制则基本没有。此外，它具有较为发达的代谢途径。包括氨基酸和核苷酸代谢，以及辅酶的合成等。

有生命都可以归结到三个生物类群的某一类中。这三个类群分别是真核生物类（ｅｕｋ８ｒｙｏｔｅｓ）、真细菌类（ｅｕ—ｂａｃｔｅｒｉａｌ）和古细菌类（ａｒｃｈａｅａ）。我们所熟知的动植物属于真核生物类。而大肠杆菌等原核生物大多属于真细菌类。古细菌则是一类不同于真细菌类的古核生物，它们通常生长在一些极端条件下．如生长在１００℃以上环境中的嗜热细菌，或高盐浓度下的嗜盐细菌。通过分子层面的深入分析，人们发现，与真细菌相比，古细菌的～系列分子生物学特征与真核生物接近．表明真核生物的祖先可能源于古细菌类。也就是说，从系统发育关系来看。古核生物介于原核生物和真核生物之间。因此可以进一步推论，原核生物和古核生物有可能是从一种更为原始的细胞演化而来。这种原始细胞也许就是生命最初的祖先。

因此研究基因组自然成了人们理解进化的一把钥匙。迄今为止，已有上百个物种的基因组进行了全序列分析，比较不同物种的基因组有助于揭示物种间的亲缘关系和演变进程。人们期望通过对基因组的研究，找到所有生命的共同祖先。这种祖先被命名为“第一个基本的共同祖先”（１ａｓｔ先”方面取得了一些进展。但是还有许多基本的问题尚未回答。有些问题实际上对这种原初祖先的存在从根本上进行了挑战。其中最大的一个问题是，对三种类群生物的基因组进行比较的结果发现，只有大约６０个左右的基因是普遍存在的．可以认为是属于“第一个基本的共同祖先”。显然，这些基因远不足以维持一个哪怕是像“第一个基本的共同祖先”一样最简单的有机体的生存。此外，对ｒＲＮＡ基因和氨酰一ｔＲＮＡ合成酶的种系发生的分析表明，这些基因和蛋白质并不存在一个稳定的系统发育关系；所谓最原始的特征，完全取决于研究者所研究的基因是什么。换句话说，种系分析揭示的仅仅是什么基因是原始的，而与这些基因“落户”的物种没有关系。由此科学家们意识到。基因可能在不同的物种间进行转移。

比较基因组全序列得到的一个令人震惊的结果。例如，

在人类基因组中，有２００多个基因是从细菌基因组中转移而来的，而在其他真核生物物种的基因组中没有发现这些基因。基因平行转移显然与经典的达尔文进化论相冲突，因为经典的进化论认为，在生命的进化树系统中，遗传物质只能是一代代垂直地进行传递。根据

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