中国科学家探索生物进化机制的新发现

我国旅美学者密西根大学的张建之博士、中科院昆明动物研究所的张亚平博士及美国国立健康研究院（NIH）的罗森博格(Rosenberg)博士联合对疣猴类的白臀叶猴消化酶进行了深入研究，他们的研究成果在《自然-遗传》杂志上发表。该项研究揭示了一个重复拷贝的胰核糖核酸酶基因如何进化形成一个新的基因，而这个新基因编码的酶有助于该物种对食物的消化，从而促进物种对生态环境的适应。

生物究竟是如何通过自身变化，特别是遗传上的改变，实现对环境的稳定适应，是生命科学研究的重要问题。科学家们发现，许多基因是由原有的基因通过基因重复而演变形成的。例如，在人类基因组3万多个基因中，有近一半的就是由基因重复形成的。按照进化理论推断，一部分重复基因可能会产生新的功能，有助于生物对环境的适应。可是，功能上的变化具体是如何发生的?  这些新基因真的促进了生物对环境的适应吗？

中美科学家为回答上述问题，选择旧大陆猴的一个亚科棗疣猴亚科作为研究模型。因为该类动物的特殊性在于它们以树叶为主要食物，食物在其前肠通过共生的细菌发酵消化，它们通过各种酶（包括胰核糖核酸酶）消化细菌而获得营养。

经与其它十多种灵长类动物及人的胰核糖核酸酶基因进行比较，他们发现叶猴中有两个基因拷贝，而其它灵长类动物及人中都是单拷贝。这两个基因拷贝有什么奥妙吗？

进一步研究发现，基因的重复大约发生在400万年前，但疣猴类食叶特性形成于1000万年前。有趣的是，基因重复发生后，只有1个基因发生了快速的改变。并且其变异不是随机的，而呈现明显的方向性。通过理论计算和功能研究,  他们确定，由于受到适应性选择的作用，基因发生了适应性进化。

基因重复后，两个基因发生了功能上的分工，大大提高了工作效益，促进了叶猴对环境的适应。

科学家对新基因功能产生的进化动力存在激烈的争论：一些学者认为促进新功能的适应性选择作用很大,  另一些学者则认为释放维持原有功能的选择压力意义更重大。他们的研究证明，在叶猴胰核糖核酸酶中，两方面的作用都必不可少：基因的重复释放了其中一个拷贝中维持原有功能的选择压力，提供了进化的原始材料；而食物环境的变化提供了适应性选择的动力，推动形成效益更高的新酶。新酶的形成又进一步促进了动物对环境的适应能力。

虽然现在国际上对适应进化的研究十分重视，但一般的研究都主要依赖于理论计算，很难进行试验上的验证。这项工作通过理论计算与试验相结合，向我们展现了生物进化的机制。

这项工作得到了中国科学院知识创新试点工程重要方向项目，国家自然科学基金和密西根大学的部分资助。 (责任编辑：泉水)

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