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基因突变不是随机的?!Nature最新论文挑战进化论

郎雁菱35

来源:量子位

基因突变,不是随机的?

这与现行教科书中的结论相反。

还记得中学生物课本【/s2/】一堆白眼睛的果蝇、白发的小牛、长颈鹿和短颈鹿吗?

在这些情况下,突变要么是外来者人为造成的,要么是随机产生的。只有自然选择才能决定哪些突变会出现在生物体中。

但是现在,发表在《自然》杂志上的一篇新论文用实验结果提出了这样一个颠覆性的观点:

突变的基因组区域有明显的规律性,不是随机的!

例如,在对生存起决定性作用的必需基因区域,突变率几乎降低了 2/3

论文开门见山:这种行为类似于生物体为了生存而对基因突变的“主观控制”,与上述的自然选择和随机突变的自然选择相违背。

现在,这项研究不仅震动了科研圈,还在推特上引起热议:

此外,这一颠覆性结论还与
使用“推进”和“丢弃” 的拉马克主义联系在一起。

有网友甚至直接问道:

这是为了恢复拉马克主义吗?

从拟南芥中找到答案

这篇论文是由加州大学戴维斯分校和德国马克斯·普朗克研究所这两个非普通人的机构共同完成的。

为了找出基因突变背后的深层规律,科学家们花了三年时间研究了超过【/s2/】100万【/S2/】个基因突变。

所有的突变数据都来自一种叫做拟南芥的植物,科学家称之为“植物中的果蝇”。

这种植物植株小,果实多,生命周期短,基因组简单,遗传操作简单(与人类30亿个碱基对相比,只有1.2亿个),是基因研究的理想材料。

这些植物是在实验室环境中培育的,到第25代时,每个品系有40株幼苗。

然后,当这些幼苗长到
2周龄 的四叶期时,取样,通过遗传数据分析软件(GATK HaplotypeCaller12)搜索并分析遗传变异点。

令人惊讶的是,在这些突变中,科学家发现模式与预期的不太一样。

具体来说,基因组某些特定区域的突变率明显较低:比其他区域低50%以上。

在这些突变率较低的区域,科学家发现它们主要是与细胞生长和基因表达相关的必需基因,突变率下降了2/3。

根据作者的说法,这表明植物已经进化出一种方法来
积极保护 它们最重要的地方免受突变,以便生存。

这意味着DNA突变不是随机的。

至于为什么不同位置的基因突变概率不同,笔者并没有给出根本原因——

不知道是DNA本身不容易变异,还是后期的DNA修复对这个片段特别有效。

然而,这一结果仍然对被视为规范的达尔文进化论提出了新的挑战。

此外,科学家还发现,通过包裹DNA的蛋白质种类,我们可以很好地预测哪些基因比其他基因更容易突变。

这一发现的影响也令人兴奋。

因为一旦掌握了方法,我们就可以通过基因突变培育出更好的作物,也可以帮助科学家开发出治疗突变导致的癌症的新方法。

提问:幸存者偏差?

本文通讯作者为加州大学戴维斯分校植物科学系助理教授J.Grey Monroe,2019年毕业于科罗拉多州立大学。

而他发布这一研究成果的个人推文也引来了广泛的讨论。最直接的问题之一是:

你怎么能保证这不是幸存者偏见?

这是一张非常经典的“飞机机身弹孔”图片,用来解释幸存者的偏差:

从机身上不同位置的弹孔数量来看,受打击最严重的机翼应该加强,但弹孔很少的机舱不需要。但其实撞机舱的飞机会直接坠毁,根本没有机会回来数弹孔的数量。

在这个评论背后,问题是:

实验对存活的个体进行测量,那些严重危及生存的突变个体可能根本无法存活,所以测量结果都是非致命突变。

此外,参与基因表达、个体发育和组织分化的表观基因组[/s2/]可能会影响实验结果中的“突变率”。

很多评论也提出了类似的观点,认为论文中提到的突变率较低的基因组区域可能是不容易突变的保守区域。

例如,保守序列是在进化过程中保留下来的特定序列,不容易突变,一般可以推到物种进化的早期。

  而由于作者自己提出:我们的发现似乎与现有的“最早的突变随机”的理论相悖,有人还想到了生物学上那个著名的“用进废退”理论,问到: 而且由于作者本人提出,我们的发现似乎与现有的“最早随机突变”理论相悖,有人还想到了生物学中著名的“用进拒出”理论,并问:

这是为了平反拉马克吗?

拉马克最著名的观点是“用进废出”,即生物经常使用的器官会逐渐发育,而不用的器官会逐渐退化。

换句话说,先选择再变异。

对此,记者格雷·门罗在后续会议文件中肯定地回答道:

这不是本文的主题。

他说,这项研究只是通过实验证明,在某些情况下,突变是非随机的,具有环境适应性,这为研究生命进化提供了新的证据和思路。

但格雷·门罗也在最后表示,从历史上看,“突变是随机的”显然是一种过于简单化的断言或“坏假设”,他很高兴这篇论文引起了对这一理论的广泛讨论。

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