
一棵家谱团结了一群不同的个体,这些个人都从树上的一个共同祖先中携带遗传遗迹。但是,如果遗传信息是公共资源而不是家庭所有权,则这种组织结构会崩溃。
一些证据表明,早期进化可能是基于基因的集体共享。现在,一群研究人员正在寻找这个公共血统的清晰遗传遗迹。
但是很难动摇我们对家谱。
我父亲曾经去过上班,当他到达新城市时,他会打开电话簿,并检查所有列出了我们罕见的姓氏的人。有时他会受到打击,大胆地打电话给他们问:“我们有关系吗?”
答案总是肯定的,共同的链接通常是我的曾祖父。
像我父亲一样,生物学家对家庭关系很好奇,但他们以更系统的方式进行了研究。他们没有电话书,而是筛选从人类到细菌的遗传密码以及介于两者之间的很多。主要问题是:常见的基因是否足够指向共同起源?
答案一直是肯定的。这意味着我们所有人都属于某种普遍的生命树。在这棵树的底部(有些人已经想象过),那里有一个温和的微生物,它的生存超过30亿年,并没有意识到其基因将是整个星球高度差异化生活的起点。
但是,这个有机体,所谓的最后的普遍共同祖先(或卢卡),可能只是一个幻想。
“我们的观点是,生活是从一个集体状态出现的,因此,毫无疑问,有一个单一的生物是祖先的,”伊利诺伊大学乌尔巴纳·坎普恩(Urbana-Champaign)的奈杰尔·戈登菲尔德(Nigel Goldenfeld)说。
属于这个集体状态的生物会从邻居到邻居共享遗传信息,而不仅仅是从父母到后代。戈登菲尔德(Goldenfeld)领导着新的NASA旨在对这个进化的早期阶段提供更清晰的理解的天体生物学研究所(NAI)团队。
戈登菲尔德说:“我们希望在生物体的基因组中找到集体状态的化石。”
Goldenfeld的团队将进行遗传研究,以试图取消基于社区的进化的签名。他们将使用理论建模和计算机模拟来补充这一领域和实验室工作。
戈登菲尔德说:“最终目标是了解我们星球的生物化学是如何实例化生命定律的,从而解决了生命是否是不可避免的,因此是物理学定律的广泛结果。”
达尔文主义之前的时间
有机体的遗传密码可能是“众包”的结果,这听起来很奇怪。我们对传统繁殖更加熟悉,这是鸟类和蜜蜂。 [生命守则:10种动物基因组解密这是给出的
在所谓的“垂直基因转移”中,一个生物体从父母那里继承了其基因组,但没有收到确切的副本。小变化通过生殖混合和突变进入代码。正如达尔文所说,这种“带有修饰的下降”最终使杂交生物(或物种)的种群进化。
如果每个DNA的每个片段都完全是下降的产物,则可以将每个生物都放在由单个祖先的生命树上。但是事实证明,“不同的基因回到了不同的祖先,”康涅狄格大学的彼得·戈加尔登(Peter Gogarten)说,他在比较遗传学方面做了广泛的工作。
怎么可能?如果有机体共享基因。想象一个属于特定家谱成员的基因。有一天,这个基因变得孤立,并被另一个带有不同家谱的生物捡起。合作伙伴之间没有复制 - 只有特定基因的“采用”。
这种所谓的“水平基因转移”在细菌和古细菌中非常普遍,例如抗生素耐药性。当特定细菌发展针对某些药物的防御时,相应的基因可以水平传递给同一菌落中的其他基因。
2008年在美国国家科学院(PNAS)杂志论文集中进行的一项研究发现,过去的某个时候,细菌中80%的基因被水平转移。
复杂的生物还表现出水平(或横向)基因转移的证据,尽管程度较小。研究人员表明,植物和动物的古代祖先“吞噬”了其他细菌形成共生关系,最终导致了专门的细胞成分,例如线粒体和叶绿体。
Gogarten在他的工作中表明,水平基因转移将生命树变成了彼此交织的厚厚的树枝。这些分支中的许多分支很久以前由于灭绝而终止,但是由于水平基因转移,它们的一些基因生存在我们里面。
几项研究表明,过去,当单细胞生物居住在地球上时,水平基因转移更加普遍。
戈登菲尔德说:“我喜欢认为早年更像是一种未分化的史莱姆模具。” “这种公共生活形式不会有有意义的家谱,因为正是社区在下降而不是单个有机谱系的变化。” [[[[7令人惊讶的理论关于生命的起源这是给出的
进化的进化
已故的卡尔·沃斯(Carl Woese)是戈德菲尔德(Goldenfeld)的同事,是最早提出早期生活在水平基因转移上的科学家之一。 Woese于去年12月去世。他可能最能记住将生命分类为现已被孔的细菌,真核生物(植物,动物,真菌和生物学家)和古细菌的领域。
1987年,Woese写道,水平基因转移的后果。在这种情况下,“细菌实际上并不具有其本身的历史:这将是进化的嵌合体。”
“嵌合体”是一个生物的名称希腊神话将狮子,山羊和蛇的特征混合在一起。这种杂交大概使嵌合体优于其“竞争者”。
在2006年的PNAS纸中,卡林·弗提斯格(Kalin Vetsigian),沃斯(Woese)和戈德菲尔德(Goldenfeld)表明,微生物嵌合体可能比其生物学对应物具有优势。研究人员使用计算机模型来证明,如果有机体共同共享其基因,遗传密码可以更有效地发展。与垂直(达尔文人)转移相比,水平基因转移是更好的“创新共享协议”。
现在,戈登菲尔德(Goldenfeld)与他的NAI团队一起通过遗传研究来确认这些模拟。戈登菲尔德说,他们将针对古细菌,其基因尚未像其他领域一样受到仔细检查。
该小组对最初发展能力如何发展的问题特别感兴趣。 “进化的进化”听起来像是一个鸡和蛋的问题,尤其是当您像戈登菲尔德一样,生活在定义上是能够发展的东西。
但是,进化可以利用不同的机制实现相同的目标。 Goldenfeld的团队将尝试通过强调细胞,然后看到其基因组如何重新排列的响应来恢复生活中一些以前的进化阶段。
普遍生物学
但是,DNA证据只是这个五年研究项目的一个方面。
戈登菲尔德说:“我们想了解进化在物种甚至基因之前的工作原理。” “所以这超越了'物种的起源“进化的方法,例如人口遗传学。”
一个没有遗传学的研究进化如何?人们认为遗传代码只是一种表现的“游戏规则”。戈登菲尔德称这种“普遍生物学”。这是一种尝试从我们的特定生物化学中提取动画至关重要的一般物理定律。
作为物理学家,Goldenfeld给出了热力学的例子。生命必须服从能量的保护和熵的增加,这肯定会影响生物如何优化其对资源的使用。
其他规则涉及如何控制从一代到下一代的基因组中的变异量。变化太少,生物不能适应环境的变化。太多的变化,生物不能保留有用的特征。
团队可以将不同的规则集中在计算机模拟中,并查看出现什么样的人造生活。 Goldenfeld认为,制定普遍生物学原则可能有助于回答所有人中最大的问题之一。
“我们想更好地了解为什么生活根本存在。”戈登菲尔德说。“这是一种应该是通用的现象,例如结晶固体的形成,还是罕见和奇怪的东西?”
这对于天体生物学家来说是特别感兴趣的,他们想知道我们并不孤单的可能性。如果最终在其他地方找到了生活,戈登菲尔德认为我们将有一些共同点。 [火星发现提出了问题:什么是生活?这是给出的
他说:“普遍生物学的原则应适用于所有生命,无论是基于碳化学还是陌生人。”
有些陌生人吗?好的,所以也许这意味着他们不会在电话簿中。