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    你和豬之間只差十把香蕉——人類與香蕉基因相似度達50%?


    "你真是頭豬"這句經常作為伴侶之間譏諷的話,近些年來被越來越多的科學研究證實可能真有幾分事理。科學家們將豬的基因組與人的基因組進行比對后,發現它們之間有極高的相似性。也就是說,人和豬確實"共享"了良多基因。

    不但是豬,在動植物界中還有良多物種與人類的基因組存在相似性。這此中既有黑猩猩一類靈長目近親,也有酵母甚至噴鼻蕉等與人類完全不搭界的物種。今天我們先來清點一番與人類基因組相似度較高的物種,再對這種相似性發生的原因加以簡介。

    哪些動物的基因組與人類相似?

    1.黑猩猩

    黑猩猩是今朝與人類基因組相似水平最高的動物。研究表白,黑猩猩的基因組與人類基因組的相似性年夜約為98.6%到99%之間。從形態特征以及生殖過程來看,黑猩猩都與人類很接近,基因組有很高的相似性也層見迭出。進化基因組學的研究顯示,人類的祖先與黑猩猩的祖先年夜約在500-600萬年前分隔,各自進化當作了此刻的形態。

    黑猩猩具有極高的聰明程度

    黑猩猩屬下的別的一種動物——倭黑猩猩與黑猩猩的相似度極高,二者共享了年夜約99.6%的基因。科學家揣度,它們直到年夜約130萬年前才演化為兩個自力的物種。至于它們分道揚鑣的原因聽起來有點黑色詼諧:二者都不長于泅水,于是在剛果河南海說神聊兩岸的黑猩猩種群逐漸被地輿身分隔斷,走上了略有分歧的演化路線。

    靈長目中不少其它物種也與人類的基因組相似度極高,例如年夜猩猩與人相似度達到98%,紅毛年夜猩猩達到97%。除此以外,各類猴甚至狐猴都與人共享了90%以上的配合基因。

    2. 貓

    今朝的研究表白,貓與人類的基因相似性高達90%,這也從一個側面反映出了貓的聰明水平現實上可能跨越我們對它們的固有印象。對貓的馴化最初發生在年夜約1萬年前,并且最初可能是貓本家兒動將本身委身于與人類的這種共生關系中。證據顯示,那時的野貓以捕獵田鼠作為買賣籌碼接近人類,從而獲取一點額外的卵白質和食物。

    喵星人居然是本家兒動前來"奴役"藍星人的

    3.奶牛

    是的,你沒有看錯,我們的基因組跟奶牛也有80%擺布的相似性,這一數據甚至高于與我們擁有更近配合祖先的嚙齒類。科學家們對此給出的詮釋是嚙齒類更小的體型催生了更快的滋生周期和更高的滋生能力,從而使得種群的演化能力和基因突變歷程年夜年夜加快。

    奶牛與人類存在配合祖先

    4. 小鼠

    若是只比力卵白質編碼基因,小鼠有85%的基因與人類相似;但若是將人類和小鼠的非編碼RNA進行比力,卻只有50%具有相似性。有科學家估量小鼠的祖先和人類的祖先年夜約在8000萬年前分隔,各自進化。小鼠作為今朝科學研究中最常用的模式動物,與人類基因組的高度相似性是此中很主要的原因。

    小鼠為人類醫學事業的成長立下了汗馬功績

    5.果蠅

    看似跟人類體型差距極年夜,表面特征完全紛歧樣的果蠅,與人類基因的相似性居然有60%。可能良多人不敢相信,但基因比對的成果確實證實了人類的體內有一半以上的基因跟果蠅是相似的。

    果蠅雖小,卻協助人類揭開無數謎題

    6.雞

    雞的生殖體例跟哺乳動物完全分歧。盡管在滋生兒女上存在著龐大的差別,但基因比對的成果顯示,雞的體內依然有60%的基因與人類相似。

    鳥類是哺乳類以外現存獨一的恒溫動物

    7. 噴鼻蕉

    年夜清點中獨一一蒔植物呈現了,它就是噴鼻蕉!一種連動物都不是的生物,居然跟人類的基因有50%的相似性。固然筆者也感受很不成思議,但從生物學角度來說確實也有合理的詮釋,我們將會在后面的段落具體介紹。

    噴鼻蕉基因組與人的相似水平之高確實出乎良多人料想

    8.酵母

    酵母是一種單細胞真菌,因為在生物學嘗試中經常會用到,所以有人將它的基因組與人的基因組進行了比力。成果發現這種單細胞生物,依然有26%的基因與人類相似。

    酵母是知名的模式生物

    以上,筆者為大師清點了8種生物與人類基因組進行相似性比力的成果。為了讓大師更好地輿解上面的內容,而且消弭可能存在的曲解,我們將從以下兩個角度為大師進一步解讀。

    清點中為什么沒有其它我們熟悉的動物?

    不少常見動物在清點里的缺席并不代表在天然界中與人類基因組相似的生物只有這8種。這8種生物之所以在列,是因為人類已經完當作了對它們的基因組測序,并且有科學家完當作了比對工作。

    全基因組測序費時吃力花錢,所以今朝完當作全基因組測序的年夜多屬于有科研價值以及有經濟價值的生物。例如,最新一種完當作全基因組測序的動物是澳洲考拉,這項當作果已于不久前的7月份登上了《天然—遺傳學》雜志。考拉每年為澳洲帶來10億美元的直接經濟收益,并且為宿世界人平易近所喜愛,擁有本身的基因圖譜想來也不外分。

    考拉的全基因組測序于本年7月完當作

    天然界中必然還存在良多跟人類基因組相似的物種,只不外因為沒有完當作全基因組測序,沒有法子進行相似性比對,因而具體的相似性數據不為人類所知而已。

    相似性比力的尺度是什么?

    上面提到的基因組相似性,年夜大都指的是編碼卵白質基因的相似性。可是在人類染色體中,編碼基因只占到了整個DNA序列的1.5%到2%之間,也就是說其他98%的區域并沒有效來進行相似性比力。

    那為什么只比對這么少的區間就能說兩個物種存在相似性了呢?這是因為在生物體內闡揚功能的基因年夜大都都是這些編碼基因,其他非編碼區域被認為是"垃圾"區域。是以僅僅比力這些編碼卵白的基因序列,就可以判定分歧物種之間相似性的巨細了。

    DNA序列中僅有不到2%的編碼基因

    然而,跟著科學家對染色體熟悉的加深,近些年發現這些"垃圾"區間也會經由過程轉錄出非編碼RNA或者染色體折疊的體例來間接影響細胞的心理活性。是以,今朝的比對成果還不敷切確,相信跟著我們對生命運行紀律的不竭解讀,將會獲得加倍科學的成果。

    我長得無論若何也不像噴鼻蕉,憑什么我們的基因組有50%相似性?

    為什么像噴鼻蕉、果蠅、雞這種跟人類表面特征、糊口體例、滋生體例差距這么年夜的生物,還依然有對折以上的基因與人類的基因是相似的呢?

    我們起首從生物體根基組成的角度來詮釋這個問題。不管是酵母、噴鼻蕉、果蠅仍是雞,都屬于真核生物,而真核生物都是由真核細胞組成的。高中生物學課程中我們已經學過,所有的真核細胞都具有以下幾個特點:

    具有由染色體、核仁、核液、雙層核膜等組成的細胞核;有內質網、高爾基體、溶酶體、線粒體等細胞器;有發財的細胞骨架系統;轉錄體例根基一致,等等。

    典型的動物細胞布局

    盡管這些分歧的物種表面不同很年夜,但從細胞程度來看,根基布局卻都是相似的。因為這些根基布局的形當作是由基因決議的,所以也就不難理解為什么植物和微生物還能跟人類的基因組有必然的相似性了。

    其次也可以從生物進化的角度來詮釋。不管是動植物仍是微生物,最初都是由配合祖進步前輩化而來的,所以分歧生物之間或多或少都遺留著配合祖先的一些基因特征。

    生物進化的系統發生樹

    跟著各物種標的目的分歧的偏向進化,基因之間的差別也就越來越年夜。這也就是為什么上述幾種動物中,黑猩猩與人類基因組相似性最高,而酵母與人類基因組的相似性最低了。

    進行跨物種基因比對有什么意義?

    跟著越來越多物種全基因組測序的完當作,我們還會發現更多跟人類基因組相似的動植物。現實上,對進化角度上親緣關系較近的物種進行近似的基因比對研究,是今朝進化基因組學最有力的研究手段。

    經由過程基因比對,我們可以厘清分歧種近緣生物的親緣關系,確定它們種間分化發生的年夜致期間,以及把握物種演化的脈絡,從而優化經典的物種分類樹;科學家還可以或許按照曩昔的物種進化軌跡進一步展望地球上生物將來的進化偏向,為人類與地球的可持續成長供給建議。

    地球上的現存生物固然各自履歷了數十億年的進化過程,但都可以追溯到配合的祖先,從這個角度來說,我們與噴鼻蕉擁有50%的配合基因其實不值得年夜驚小怪。

    出品:科普中國

    建造:京都年夜學生物科學研究科 六八七

    監制:中國科學院計較機收集信息中間

    • 發表于 2018-10-16 00:00
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