「孤兒基因」從哪來？

我們身體中，有這樣一類基因，它們沒有任何明顯的「祖先」，就好像是憑空出現一樣。科學家正在全力以赴、追蹤著它們的來龍去脈。

沒有家族譜系的「孤兒基因」

沒有家庭擋風遮雨的生活，可以說是步履維艱的。由於各種不幸的原因，一些孩子在很小的時候便成為了孤兒，他們要付出千百倍於常人的努力與命運抗戰，迎難而上去激發自己的潛能。而這些孤兒中的佼佼者，比如亞里士多德和史蒂夫?喬布斯，有時竟能改變這個世界。

誰又曾想到過，我們的DNA也和那些棄嬰們有著相似的情況呢？當生物學家開始排列基因組時，他們發現，人體內的基因片斷中，有超過三分之一的部分既找不到與它們同源的基因，也沒有發現它們的演化史——看上去既沒有「父母」，也沒有任何「親屬」，就像是不知道從哪裡冒出來的「孤兒」。但是你可千萬不要小看它們，要知道在這些「孤兒基因」中，擁有不少「成就甚偉」者，它們之中甚至有一部分在人類大腦的進化過程中，扮演了相當重要的角色。

我們知道，生物體內大部分基因都來自於幾個大的基因家族，而且每個基因家族都有悠久的歷史，可以追溯到千百萬年前共同的祖先，然後不斷變異演化，形成龐大的基因家族。以脊椎動物眼睛裡的視蛋白基因為例，科學家發現，從水母到昆蟲，許多的動物身上，都有著與人類相似的視蛋白。動物王國中成千上萬種不同的視蛋白基因都是通過複製，並在此基礎上進化而成的，它們都源於7億年前一個共同祖先的一個基因！

早在上世紀70年代，就有科學家提出，基因複製出錯時可能變異出一個新的基因，並由此逐漸產生整個有著同一祖先關係的基因家族。這個過程就好像動物界中，經過一段漫長的時間，一個物種分化出眾多具有較近親緣關係的不同物種，形成「物種大家族」。

可是，那些不屬於任何基因家族的單個「孤兒基因」是怎麼回事呢？一些科學家猜測，孤兒基因是遺傳學上的活化石，類似於動物界中的腔棘魚，是一個古老基因家庭遺留下來的僅存的成員；另一些科學家則認為，這些孤兒基因並沒有什麼特別，只不過是一些親緣基因還未被人們發現的普通基因罷了，畢竟，人類對於全部基因組的探索也才剛剛開始。

如此多的「孤兒」

但是，隨著越來越多的生命體的基因組被成功排序，孤兒基因現象普遍存在，基因中相互之間的「親緣關係」反而被證明是例外，而不是常規情況。迄今為止，所有的基因組序列中都發現了「孤兒基因」的存在，從蚊子到人類，從蛔蟲到老鼠，而它們的數量也在持續增加著。

正如前文所說，這些孤兒基因在生物體內發揮著極為重要的作用，它們有的充當修復DNA組織結構的角色，有的可以控制其他基因活動的作用。比如，在昆蟲身上有一種孤兒基因，可以幫助昆蟲生成一種「肌翼蛋白」，進化出輔助飛行的能力；還有果蠅身上的孤兒基因，有助於果蠅覓食習性的形成；在珊瑚和水母身體中的孤兒基因能夠幫助蟄刺細胞的發展，蟄刺細胞可以發射出充滿毒液的囊體攻擊獵物，使之昏迷；在淡水水螅體內發現的孤兒基因則能操縱引導水螅的觸手將食物送到它們的嘴中；而極地鱈魚體內的孤兒基因，則是一種很特別的防凍基因，讓它們能夠在酷寒的北極地帶得以生存。

有意思的是，孤兒基因在生物的腦部區域表達得最充分。科學家們對人類、黑猩猩以及猩猩體內的198種孤兒基因進行了鑒定，這些孤兒基因與掌管其高級認知能力的區域——前額皮質的表達有著密切聯繫。這些孤兒基因中，有54種為人類所獨有。從進化論角度看，這54種基因非常年輕，還不到2500萬歲，而它們的出現時間似乎與靈長類動物大腦區域的擴張過程完全吻合。這意味著，這些孤兒基因直接促成了人類最偉大的進化——人類大腦的進化。

另一個生物學實驗也證實了孤兒基因與大腦的關聯。生物學家將一種在人類大腦中得以表達的孤兒基因移植到發育中的小鼠身上，結果發現，這種基因雖然沒有使小鼠的大腦變得更大，但是它卻真的促使神經細胞上的樹突排列得更為密集，而樹突的作用則是使神經能夠與自己的「鄰居」交流聯繫。如果這種聯繫越多，大腦擁有的計算能力也就越強大。這個實驗說明，孤兒基因在動物大腦發育過程中起到了重要作用。

追蹤「孤兒基因」的起源

但是這些孤兒基因到底從何而來？有科學家提出，孤兒基因也是由其他基因複製而成的，但是在形成之後，它們快速地開始進化演變，最終所有與源基因相似的特徵全部消失了。為了證實這一猜測，科學家對果蠅進行了實驗觀測，發現孤兒基因的進化速度的確是非孤兒基因的三倍之多。

雖然這種推測看似有理有據，但是之後又有研究表明，這一推測僅僅能夠解釋極少一部分孤兒基因的起源。也就是說，雖然快速進化過程對孤兒基因的形成非常重要，但卻並不是全部的事實。因此，另一部分科學家猜測，就像是很多草根的奮鬥史一樣，這些孤兒基因也是「白手起家」的，是從生物體內大量存在的垃圾DNA中隨機生長出來的。但是，從無用的垃圾DNA飛躍到有用基因被認為是一件艱巨到不可能完成的任務，因此，這個猜測並不能讓主流科學家信服。不過，人們顯然忘了，自然界中沒有什麼是不可能的，很快，科學家陸續在酵母、大米、小鼠和果蠅身上找到了基因「白手起家」的證據。2009年，愛爾蘭都柏林大學的科學家證明了人類身上的3個孤兒基因的確是從一無所有中被創造出來的。2011年，另一個研究小組更進一步地描述了60種人類孤兒基因從無到有的形成過程。從此之後，越來越多的研究顯示，從垃圾DNA中脫胎換骨、重新組合的孤兒基因不在少數。

當然，無用的基因重新組合形成新的基因，可不是上嘴皮碰下嘴皮那麼簡單就能成功的，它怎樣才能成為可能呢？科學家發現，孤兒基因大都與已有的基因毗鄰或稍稍重合，這樣一來，孤兒基因就有可能向那些正常運行的基因「借用」部分序列，以使自己轉化成有用的基因。研究人員分析了270個取自靈長類動物身上的孤兒基因，它們中有半數從跳躍基因中獲得了部分序列，那些轉座子就像寄生物一樣能夠在基因組中跳來跳去，正是在這過程中，它們被孤兒基因利用了。

對於孤兒基因，我們還有許多需要繼續探索發現，但是我們現在已經開始追蹤它們祖先的痕迹了。看起來，我們找不到大多數孤兒基因的家人，是因為它們本來就沒有家人。它們出身於一大堆看起來毫無用處的垃圾DNA——猶如人類世界裡從垃圾里撿起的沒有身世的孤兒——完全憑著自己的奮鬥，成了基因世界的棟樑之才。

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