美科學家否定「分子鐘」理論

2021-01-18 中國科學院

    怎樣才能確定兩個現存物種已滅絕的共同祖先的年齡?可以從兩個物種中提取同一個基因,計算DNA上的差異程度,然後除以DNA的變異速度,於是立刻就得到了答案。生物學家們很喜歡這座「分子鐘」,已經使用了幾十年。但是新近的一項研究表明這座「鍾」可能走得並不準確。
    生化學家於1965年指出基因變異的積累速度保持恆定,這令古典生物學家們深感震驚。因此即使沒有化石證據,兩個物種之間的變異量也可被用來確定物種分化的時間。從那時起,科學家們已經在各種基因上應用「分子鐘」來追溯從愛滋病毒到鳥類和鯨類等物種的進化軌跡。雖然這條規則的特例已經浮出水面,但多數生物學家仍然對他們最喜愛的「時鐘」忠心耿耿。
    然而在9月25日出版的美國《國家科學院學報》上,加利福尼亞大學歐文分校的遺傳學家Francisco Rodriguez-Trelles和他的同事們指出,「分子鐘」早該被扔到當鋪去了。他們從基因銀行(GenBank)資料庫中下載了從松樹到人類等78個物種都具有的3個眾所周知的基因序列,即Gpdh、Sod和Xdh,並用這些數據繪製了一棵進化樹。出於校準的目的,這棵樹包含某些已經由古生物學家確定出年代的關鍵性分支。
    但是當科學家開始計算每根「樹枝」上的變異數量時,他們發現了變異速度上的巨大差異,甚至在親緣關係很近的物種之間也是如此。例如,對於一種名為Drosophila obscura的果蠅及其表親Drosophila willistoni來說,前者體內的「Sod基因鍾」比後者快10倍,而它們的「Xdh基因鍾」卻走時相同。哺乳動物的「Gpdh基因鍾」則比果蠅的大約快10倍。研究者們總結說,分子鐘總的看來比人們預想的「反覆無常」得多,對於保證精確的進化時間幾乎毫無用處。他們將此歸結為自然選擇的反覆無常——它可能不時地在某些世代限制物種的遺傳變異。
    進化生物學家們聽說如此寶貴的相關性可能存在著缺陷後不會開心的。美國密執安大學的David Mindell指出,「時間估計肯定被認為具有嚴重的錯誤傾向,這可是個壞消息。」但他補充說,否定「分子鐘」理論歸根結底仍是個好消息,它可使人們更加充分地認識各個物種的分子進化。 (科學時報編譯)

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