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第四章 复杂细胞命运的邂逅(第8页)

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可是为什么这个时钟会错得如此离谱呢?因为事实上,基因进化的速率受很多因素影响,不同生物的基因进化速率也不一样。

比如之前我们讲过,细菌本身就非常保守,它们永远都是细菌,但是真核细胞则倾向发生剧烈的改变,会造成如寒武纪大爆发之类的事件。

不过从基因的观点来看,大概没有什么事件会比形成真核细胞本身要更剧烈了,我们有理由相信真核细胞在早期进化的日子里,基因改变的速度必定非常惊人。

如果如大部分学者所想,真核细胞出现于细菌之后,那它们的基因应该与细菌差异很大,因为它们曾进化得非常快速,不断地突变、结合、复制然后再突变。

那么由于真核标志基因发展得太快,快到把它们的源头淹没在遥远的时间之雾里,已经无法再告诉我们什么。

那么另外一类基因呢?那些和细菌共有的基因呢?现在这些基因就显得有用多了,我们可以比对它们的相似性。

真核细胞和细菌共有的基因所负责的,往往都是细胞的核心程序,比如说核心代谢反应(产生能量的方式,或用来制造构成细胞的基本材料,如氨基酸和脂质等),或者是核心信息处理方式(比如读取DNA序列然后转录成有用蛋白质的方式)。

这些核心程序进化的速度往往比较缓慢,太多东西都依赖它们。

制造蛋白质程序的任何一点点改变就会改变所有的蛋白质,而不止是一两个。

同样,稍微改变一点点产生能量的方式,就可能干扰整个细胞的运作。

因为篡改核心程序比较容易受到自然选择的惩罚,所以这些基因进化缓慢,让我们可以有机会细细分析进化的痕迹。

利用这类基因建立的生命树,理论上来说应该可以显示出真核细胞与细菌之间的关联。

它们应该可以指出真核细胞来自哪些细菌,搞不好还可以告诉我们为什么。

美国的微生物学家卡尔·乌斯在20世纪70年代末首先完成了这种生命树。

乌斯选择了一个负责细胞核心信息处理的基因,具体来说,他选择的是编码核糖体的部分基因,而核糖体正是帮细胞合成蛋白质的细胞器。

因为某种技术上的原因,乌斯并没有直接比对这个基因,而是用了这个基因转录出来的RNA序列(叫作核糖体RNA或rRNA),一被转录出来就会马上嵌进核糖体。

乌斯从许多细菌和真核细胞中把这些rRNA分离出来,判读它们的序列,然后互相比对建立起一棵树。

实验的结果非常惊人,直接挑战了传统学界对于生命分类方式的看法。

乌斯发现,我们地球上的所有生命可以大致分为三大类,或者称为三域(见图4.3)。

如大家所预期的,第一大类就是细菌(属于细菌域),而第二大类是真核细胞(真核生物域)。

但是剩下的第三大类,如今称为古细菌的(属于古菌域),不知从哪里冒出来登上世界舞台。

虽然距离人类发现少量的古细菌已过去近一个世纪,但在乌斯提出他的生命树模型之前,古细菌一直被认为只是属于细菌的一个小分支而已。

但在乌斯看来,这些古细菌和真核细胞一样重要,尽管在外形上它们看起来和细菌一模一样。

它们体积极小,通常外围都有细胞壁,缺乏细胞核,细胞质里面也一样乏善可陈。

同时古细菌从来就不会聚集成结构复杂的菌落,你绝不可能把它们和多细胞生物搞混。

对很多人来说,抬高古细菌的身价,等同于藐视我们所属的生命世界,等于把植物、动物、真菌、藻类和原虫等各式各样的生物挤到无足轻重的角落去,而让原核生物占据生命树的大部分位置,如此重组世界未免太过鲁莽。

这等于乌斯要我们相信,动物和植物之间的种种明显差异,相较于细菌与古细菌中间那道看不见的鸿沟,其实轻如鸿毛。

该主张激怒了当时许多德高望重的生物学家,比如恩斯特·迈尔和琳恩·马古利斯等人。

多年后《科学》杂志回顾了这场激烈交锋,写文评价乌斯是“微生物界的疤面革命先锋”

图4.3 由rRNA为基础绘制的生命树。

乌斯根据它将生命分成三大域:细菌域、古菌域与真核细胞(真核生物域)。

如今风暴过去之后,大部分的科学家都渐渐接受了乌斯的生命树,或者至少认可了古细菌的重要性。

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