一项由芝加哥大学研究人员领导的最新研究颠覆了传统的进化理论,表明基因变化的积累并非完全由自然选择决定。该研究指出,新突变发生的速度也会显著影响这些突变在进化过程中被固定的概率。
进化论研究的核心是描述生物进化的历史(系统进化树)和探索进化过程的机制。自20世纪中叶以来,随着分子生物学的不断发展,进化论研究进入了分子水平。当前,分子进化研究已成为进化论的重要手段,并建立了一套依赖于核酸和蛋白质序列信息的理论方法。然而,近年来随着序列数据的大量增加,对进化关系的争论也日益激烈,不少研究结果对分子进化论的经典范例提出了异议。
芝加哥大学遗传学助理教授、霍华德医学研究中心研究员布鲁斯(Bruce Lahn)表示:“我们发现了一个惊人的现象,这对流行了几十年的分子进化论范例是一个重大挑战。”几十年来,分子进化论者普遍认为,无论某个基因发生了多少变异,以及这些变异是否被机体记忆并遗传,基本上都由自然选择决定。但这项新研究显示,新变异发生的速度同样对变异是否被固定遗传产生重要影响。
研究团队分析了近6000个基因,通过比较两个哺乳动物物种的序列差异,测量了每个基因的突变率,特别是同义突变(Ks)率(不影响蛋白质结构的突变)和非同义突变(Ka)率(影响蛋白质结构的突变)。同义突变在功能上是中性的,自然选择对其是否被接受不产生影响;而非同义突变则是自然选择作用的主要对象。研究人员进一步分析了Ka/Ks比率:低比率表示强大的选择压力,高比率则表示弱选择。例如,重要功能基因的Ka/Ks比率通常很低,而假基因的比率接近1。
传统观点认为,无论特定基因的新突变率如何,进化中被接受的非同义突变百分率是恒定的。但新数据表明,如果一个基因中发生的突变越多,该基因接受这些突变的百分率也越高。这一发现挑战了经典分子进化理论,并可能对理解生物进化机制产生深远影响。
该研究结果于2005年7月发表在《Trends in Genetics》上,并提前在6月7日的杂志网站上发布。