生物分子進化之謎

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

2、有限，個體間存在生存競爭，結果，具有有利性狀的個體得以生存并通過繁殖傳遞給后代，具有不利性狀的個體會逐漸被淘汰(達爾文把自然界這種留優(yōu)汰劣的過程稱為自然選擇)；由于自然選擇的長期作用，分布在不同地區(qū)的同一物種就可能出現(xiàn)性狀分歧和導致新物種的形成。由于當時對群體變異的來源不清楚，人們對該學說褒貶不一。有人認為該學說揭示了自然選擇在物種形成中的創(chuàng)造性作用；有人則認為自然選擇作用于物種內(nèi)的連續(xù)變異不足以導致新物種的形成，新物種的形成只能依靠物種內(nèi)的非連續(xù)變異。2．突變學說：人們對達爾文學說的爭論，促使荷蘭遺傳學家德·弗里斯(deVries)提出了物種形成的突變學說(1903

3、)。該學說受到當時的許多生物學家的歡迎，因為它是在對美洲物種夜報春花(Oenotheralamarchiana)試驗研究的基礎上提出的，似有過硬的試驗證據(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。但后來證明，德·弗里斯所用的材料實為一永久雜種，他所發(fā)現(xiàn)的所謂新物種只不過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)他試驗得到的許多突變體實受孟德

4、爾基因控制，從而認為：在進化中，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)有利變異會在群體中逐漸占優(yōu)勢，而進化是群體中更為有利的基因替換原有基因的過程。因此，摩爾根這一進化學說往往叫突變學說，但最好叫突變-自然選擇學說，因它沒有否定自然選擇在進化上的作用。3．綜合進化學說：在本世紀20～30年代，英國學者費希爾(R.A.Fisher)、霍爾登(j.B.S.Haldance)和美國學者賴特(S.Wright)，綜合了選擇論和基因論的成就，運用群體遺傳學的理論和方法，對突變、選擇和遺傳漂變引起群體等位基因頻率的變化，在數(shù)學上進行了深入的理

5、論研究后得出：選擇對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驗遺傳學家所接受。綜合進化學說的主要論點有：突變是隨機的，是生物進化的原始材料，但由于對等位基因頻率變化的影響很小，在進化中作用很??；自然群體存在的遺傳變異足以對不同環(huán)境的自然選擇做出反應，自然選擇是影響生物進化的主要因素，決定著生物進化的方向；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。由于綜合進化學說的基本觀點仍是自然選擇，所以又叫新達爾文學說。隨著科技的不斷進步，人們研究生物進化的手段也在不斷提高。人們的研究對象從宏觀生物

6、的發(fā)展進化轉向了分子的進化，進而揭示了生物進化的本質便是分子的進化.2一．生物分子的進化1.有機小分子的形成早期地球大氣沒有游離氧，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、氨基酸等有機小分子，這是生命最初的起源。1935年，美國學者米勒等人，設計了一套密閉裝置。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)進行火花放電。最后，在U型管內(nèi)檢驗出有氨基酸生成。氨基酸是組成蛋白質

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，還有一些學者模擬原始地球的大氣成分，在實驗室里制成了另一些有機物，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，從無機物合成有機物的化學過程，是完全可能的。2．從小分子到大分子在一定的條件下有機小分子物質形成了蛋白質、核酸等有機高分子物質。有些學者認為，在原始海洋中，氨基酸、核苷酸等有機小分子物質，經(jīng)過長期積累，相互作用，在適當條件下（如吸附在粘土上），通過縮合作用或聚合作用，就形成了原始的蛋白質分子和核酸分子。3．從有機高分子物質組成多分子體系根據(jù)推測，蛋白質和