生物分子進(jìn)化之謎

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1、生物分子進(jìn)化之謎徐琰周浩吳振華湯培峰關(guān)鍵詞：進(jìn)化核苷酸替換中心學(xué)說(shuō)遺傳漂變生命是一個(gè)美妙而又神奇的事物，千百年來(lái)，人們都一直在討論也在不停探索生命是從哪里來(lái)的，生物是如何從簡(jiǎn)單的微生物進(jìn)化到最終具有高智慧的人類。這些問(wèn)題通過(guò)科學(xué)家們孜孜不倦的研究探索，終于有了一些端倪。幾百年來(lái)的研究，提出了各種各樣的進(jìn)化理論，其中最具代表性的，也是不斷“進(jìn)化”的理論有：1．達(dá)爾文進(jìn)化學(xué)說(shuō)：1859年，英國(guó)生物學(xué)家和生物進(jìn)化論的奠基者達(dá)爾文，在其巨著《物種起源》中提出了生物進(jìn)化的自然選擇學(xué)說(shuō)。該學(xué)說(shuō)的要點(diǎn)是群體中的個(gè)體具有性狀差異，這些個(gè)體對(duì)其所處的環(huán)境具有不同的適應(yīng)性；由于空間和食物

2、有限，個(gè)體間存在生存競(jìng)爭(zhēng)，結(jié)果，具有有利性狀的個(gè)體得以生存并通過(guò)繁殖傳遞給后代，具有不利性狀的個(gè)體會(huì)逐漸被淘汰(達(dá)爾文把自然界這種留優(yōu)汰劣的過(guò)程稱為自然選擇)；由于自然選擇的長(zhǎng)期作用，分布在不同地區(qū)的同一物種就可能出現(xiàn)性狀分歧和導(dǎo)致新物種的形成。由于當(dāng)時(shí)對(duì)群體變異的來(lái)源不清楚，人們對(duì)該學(xué)說(shuō)褒貶不一。有人認(rèn)為該學(xué)說(shuō)揭示了自然選擇在物種形成中的創(chuàng)造性作用；有人則認(rèn)為自然選擇作用于物種內(nèi)的連續(xù)變異不足以導(dǎo)致新物種的形成，新物種的形成只能依靠物種內(nèi)的非連續(xù)變異。2．突變學(xué)說(shuō)：人們對(duì)達(dá)爾文學(xué)說(shuō)的爭(zhēng)論，促使荷蘭遺傳學(xué)家德·弗里斯(deVries)提出了物種形成的突變學(xué)說(shuō)(1903

3、)。該學(xué)說(shuō)受到當(dāng)時(shí)的許多生物學(xué)家的歡迎，因?yàn)樗窃趯?duì)美洲物種夜報(bào)春花(Oenotheralamarchiana)試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上提出的，似有過(guò)硬的試驗(yàn)證據(jù)。首先，他在該物種的自然群體中觀察到幾1種變型。然后，在多代繁育試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，該物種總能連續(xù)產(chǎn)生少數(shù)變型；這些變型或能真實(shí)遺傳，或能分離成該物種和自然群體中原觀察到的那幾種變型。由于某些變型與原物種差別很大，故定為新物種，而新物種的形成很易用單突變解釋。但后來(lái)證明，德·弗里斯所用的材料實(shí)為一永久雜種，他所發(fā)現(xiàn)的所謂新物種只不過(guò)是這一永久雜種的分離產(chǎn)物。在德·弗里斯突變論的啟發(fā)下，摩爾根根據(jù)他試驗(yàn)得到的許多突變體實(shí)受孟德

4、爾基因控制，從而認(rèn)為：在進(jìn)化中，突變的作用大于自然選擇的作用──前者創(chuàng)造變異，后者只保留現(xiàn)存的有利變異；少數(shù)有利變異會(huì)在群體中逐漸占優(yōu)勢(shì)，而進(jìn)化是群體中更為有利的基因替換原有基因的過(guò)程。因此，摩爾根這一進(jìn)化學(xué)說(shuō)往往叫突變學(xué)說(shuō)，但最好叫突變-自然選擇學(xué)說(shuō)，因它沒(méi)有否定自然選擇在進(jìn)化上的作用。3．綜合進(jìn)化學(xué)說(shuō)：在本世紀(jì)20～30年代，英國(guó)學(xué)者費(fèi)希爾(R.A.Fisher)、霍爾登(j.B.S.Haldance)和美國(guó)學(xué)者賴特(S.Wright)，綜合了選擇論和基因論的成就，運(yùn)用群體遺傳學(xué)的理論和方法，對(duì)突變、選擇和遺傳漂變引起群體等位基因頻率的變化，在數(shù)學(xué)上進(jìn)行了深入的理

5、論研究后得出：選擇對(duì)群體等位基因頻率的影響，要比突變有效得多。這一理論成果很快為許多實(shí)驗(yàn)遺傳學(xué)家所接受。綜合進(jìn)化學(xué)說(shuō)的主要論點(diǎn)有：突變是隨機(jī)的，是生物進(jìn)化的原始材料，但由于對(duì)等位基因頻率變化的影響很小，在進(jìn)化中作用很?。蛔匀蝗后w存在的遺傳變異足以對(duì)不同環(huán)境的自然選擇做出反應(yīng)，自然選擇是影響生物進(jìn)化的主要因素，決定著生物進(jìn)化的方向；由于自然選擇，處在不同環(huán)境下的有利基因分別被固定，最終可使不同環(huán)境下的生物出現(xiàn)生殖隔離而形成新物種。由于綜合進(jìn)化學(xué)說(shuō)的基本觀點(diǎn)仍是自然選擇，所以又叫新達(dá)爾文學(xué)說(shuō)。隨著科技的不斷進(jìn)步，人們研究生物進(jìn)化的手段也在不斷提高。人們的研究對(duì)象從宏觀生物

6、的發(fā)展進(jìn)化轉(zhuǎn)向了分子的進(jìn)化，進(jìn)而揭示了生物進(jìn)化的本質(zhì)便是分子的進(jìn)化.2一．生物分子的進(jìn)化1.有機(jī)小分子的形成早期地球大氣沒(méi)有游離氧，而是一些還原性氣體，如甲烷（CH4）、氨（NH3）、氫（H2）、水（H2O）等，這些氣體在高能粒子、紫外線及放電等作用下產(chǎn)生HCHO、嘧啶、嘌呤等雜環(huán)化合物、、核酸、氨基酸等有機(jī)小分子，這是生命最初的起源。1935年，美國(guó)學(xué)者米勒等人，設(shè)計(jì)了一套密閉裝置。他們將裝置內(nèi)的空氣抽出，然后模擬原始地球上的大氣成分，通入甲烷、氨、氫、水蒸氣等氣體，并模擬原始地球條件下的閃電，連續(xù)進(jìn)行火花放電。最后，在U型管內(nèi)檢驗(yàn)出有氨基酸生成。氨基酸是組成蛋白質(zhì)

7、的基本單位，因此，探索氨基酸在地球上的產(chǎn)生是有重要意義的。此外，還有一些學(xué)者模擬原始地球的大氣成分，在實(shí)驗(yàn)室里制成了另一些有機(jī)物，如嘌呤、嘧啶、核糖，脫氧核糖，脂肪酸等。這些研究表明：在生命的起源中，從無(wú)機(jī)物合成有機(jī)物的化學(xué)過(guò)程，是完全可能的。2．從小分子到大分子在一定的條件下有機(jī)小分子物質(zhì)形成了蛋白質(zhì)、核酸等有機(jī)高分子物質(zhì)。有些學(xué)者認(rèn)為，在原始海洋中，氨基酸、核苷酸等有機(jī)小分子物質(zhì)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期積累，相互作用，在適當(dāng)條件下（如吸附在粘土上），通過(guò)縮合作用或聚合作用，就形成了原始的蛋白質(zhì)分子和核酸分子。3．從有機(jī)高分子物質(zhì)組成多分子體系根據(jù)推測(cè)，蛋白質(zhì)和