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人之何以為人?盤根錯節的演化曙光!

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不只把你吞下肚,更要把你的基因搶過來。綠葉海蛞蝓

還記得前陣子轟動一時的綠色大盜嗎?這厲害的綠葉海蛞蝓(Elysia chlorotica)不但以某種黃藻(Vaucheria litorea)為食,還將黃藻部分的葉綠體基因偷過來,捱餓時就用這些偷來的葉綠體基因行光合作用囉。這種事情為什麼讓演化生物學家這麼嗨呢?

是這樣的,分子生物學剛發展的時候,我們認為地球上每個個體都有獨特的遺傳密碼、也就是獨一無二的DNA序列,就算是同一種的生物也會有相異之處。不過可以想像的是,植物的某些基因不太可能在我們身上出現,就算有也並非序列完全相同,這就是演化的結果。每個個體都遺傳自上一代的基因,然而,不同的環境壓力會促使這些密碼產生些微的變異,每一代、每一代地累積改變,最終雕塑出截然不同的基因訊息和物種。當中最關鍵地,莫過於「遺傳」這兩個字了。

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過去的研究已經證實水平基因轉移在原核生物中大量出現。現今植物和動物體內核基因亦存在部分的葉綠體和粒線體基因,很有可能就是在真核生物演化早期透過水平基因轉移,從原核生物那得來的寶藏。

但是科學家發現細菌的演化沒那麼簡單,相較於垂直地遺傳,「不同」細菌物種間也出現A種給B種基因、B種也可以給C種基因這類水平式的傳遞過程(而且都不是近緣物種哦,有些差了十萬八千里也可以這樣傳),稱為「水平基因轉移」(horizontal gene transfer)。這使得許多細菌的演化歷程不像達爾文想像般一分二、二分四地岔開,而是像網格般動不動就出現你丟我撿的情形,支系間盤根錯節,論誰也料不到下一代的基因能夠跟他老爹細菌有多像~(也因為這樣,細菌對抗生素的抗性很容易由此傳播開來,讓科學家傷透腦筋。)

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隨著定序技術的發展,大資料量的基因組比對和分析已經勢如破竹。photo credit: Liya Graphics/ Shutterstock

在多細胞動物中,我們比較少觀察到類似水平基因轉移的現象。即便是共生的動物中,也只停留在你儂我儂(不同物種住在一起,或是A住在B體內),不會更進一步發展成你融於我、我融於你的階段(得到不同物種的基因)。但是綠葉海蛞蝓打破了這個迷思,他的確搶走了黃藻的基因,而且所屬分類群相去甚遠,完整地呈現「誰說多細胞生物不能水平基因轉移」的真相!

這篇來自《Genome Biology》的研究更指出驚人的成果,研究團隊分析了果蠅、線蟲、非人靈長類、人類等物種的「基因組」序列,他們發現許多物種基因組中存在著十來個、甚至百來個外來的基因,多數與生物體代謝反應有關。在人類當中,有17個已知由水平基因轉移得來的基因,另外還有128個過去不曾發現過的外來基因,這些基因的功能和脂肪酸的代謝、抗菌和發炎反應有關。過去的研究多半把重心放在從細菌轉移來的基因,萬萬沒想到被轉移的苦主(或是捐蹭者)除了細菌外,竟然還有許多原生生物、真菌和病毒(病毒是否以HGT提供人類基因組外來基因,這篇作者持保守意見)!

所以說,人之何以為人?從小尺度來看,近十多年的研究已經指出我們不是100%的智人(Homo sapiens),我們的體內有著1~4%尼安德塔人的基因,也有少數丹尼索瓦人的基因。這意味著,人屬的演化其實伴隨著相當程度的基因流,這在近緣物種間的分化上並不少見。但從大尺度來看,"至少"從基因組來看,我們絕對不是100%的純人類。這可不僅僅是跟數百兆計的細菌共處一室而已,我們也和綠葉海蛞蝓一樣從不少非動物生物拿了不少基因過來。能夠好好地活著,未嘗不是那些慷慨解囊的生物貢獻的。想到前些日子剛看完的寄生獸,我們萬物不只是相互依存,更是水乳交融般結合著呀~

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寄生獸陣營當中的唯一人類,廣川市長,臨死前的一枚震撼彈喊話。

最後,多細胞生物的演化,有了水平基因轉移的加持,未來,鐵定會更加複雜、更加精彩呢!

參考資料和文獻:

[文章同樣刊載於作者臉書社團]

關於作者

文宣

PanSci 菜鳥新血|就讀台灣師範大學生科系生態演化組,從小便以成為動物學家為志向,特愛鱷魚,因此踏入兩爬研究領域。熱愛保育相關議題,常為野生動物打抱不平,希冀保育的觀念能向下紮根、深植人心。平常喜愛浸溺於臉書專頁間,搜索最酷炫的生態演化新知,又很雞婆想與全世界分享,常常開心寫科普文到廢寢忘食。 座右銘:「大自然可以滿足我們的需求,卻無法滿足我們的貪婪」