基本介紹
- 中文名：基因化石
- 外文名：Fossil genes
- 意義：重建最早期進化史中的演化過程
- 目的：追溯地球上基因的首次出現時間
拼音,英文,解釋,揭秘30億年前生物進化,演化史,基因的首次出現時間,大氧化事件,電子傳遞生化過程,電子傳遞生化過程,微生物基因演化,里程碑意義,揭秘HIV起源,
拼音
jī yīn huà shí
英文
Fossil genes
解釋
科學家們研究了100個現代基因組中上百萬個基因，追溯地球上這些基因的首次出現時間，這樣就可以創造出一種基因組化石，它不僅能揭示基因出現的時間，還能知道史前微生物擁有的是哪些基因。這項研究顯示，所有收集的生物基因在距今3.3到2.8億年前出現了一次“大爆發”，現代所有基因家族中的27%在這段時間裡出現了。
揭秘30億年前生物進化
約在距今5.8億年前，地球上的生命經歷了一次快速演化的時期，科學界稱之為寒武紀大爆發——大量新的生命形式在短短的幾百萬年中出現，最終演化成我們現在豐富多彩的生命世界。正是從那時起，古生物學家依靠化石記錄認識生命的進化史，但在此之前的30億年，卻僅僅只有極少量的軟體化石印痕被保存下來。儘管如此，我們還可以從另一種微觀化石來認識早期的生命形式：DNA。
演化史
因為所有生物的基因都會從它們的祖先中繼承下來，麻省理工學院計算生物學家們正是利用現代基因組來重建古代微生物的演化史。他們結合大量的基因組信息來統計研究基因的進化過程：新基因的出現和繼承；基因間的調換及橫向轉移；複製和丟失。
基因的首次出現時間
研究者們研究了100個現代基因組中上百萬個基因，追溯地球上這些基因的首次出現時間，這樣就可以創造出一種基因組化石，它不僅能揭示基因出現的時間，還能知道史前微生物擁有的是哪些基因。這項研究顯示，所有收集的生物基因在距今3.3到2.8億年前出現了一次“大爆發”，現代所有基因家族中的27%在這段時間裡出現了。
土木及環境工程E. Alm教授和生物工程L. David博士把這一時期稱之為“太古宙大爆發”（Archean Expansion）。
大氧化事件
因為他們所鑑定的基因大多都與氧氣有關，Alm和David首先想到“太古宙大爆發”是氧氣出現的原因。地球的大氣在25億年以前是沒有氧氣的，這時發生的大氧化事件（Great Oxidation Event），氧氣的積累可能扼殺了大量厭氧生物。
Alm說：“大氧化事件可能是細胞生命歷史中最慘重的災難事件，但我們卻缺少任何生物化石證據。”
然而，更細緻的研究顯示能利用氧氣的基因直到28億年前的“太古宙大爆發”才出現，這與地球化學的大氧化事件所推測的時間更吻合。
電子傳遞生化過程
電子傳遞生化過程
微生物基因演化
與此同時，Alm和David還會繼續研究在“太古宙大爆發“以後微生物基因是如何演化的。他們發現微生物中利用氧氣的基因比例在升高，類似情況還發生在與銅和鉬相關的生物酶中，這與進化的地質記錄是相吻合的。
里程碑意義
Alm最後說道：“真正有里程碑意義的是我們利用現代生物DNA記錄來證明遠古時期的歷史。而現在我們開始認識如何對這些歷史進行解碼，我們希望能藉此重建最早期進化史中更詳盡的演化過程。”
揭秘HIV起源
逆轉錄病毒在複製過程中會結合到宿主細胞的染色體中。如果一個個體被感染，這些病毒的DNA會傳給它們的後代，並且進化成為這些宿主物種遺傳物質的一部分。這種 “內生化”過程在進化過程中不斷重複，包含了多種逆轉錄病毒的基因，在許多脊椎動物基因組中占有相當大一部分。例如，在人類基因組中這類基因就占大約8%的份額。到目前為止，人們一直認為慢病毒的內生化過程非常罕見。慢病毒是一類具有複雜進化史、可以感染多種哺乳動物的逆轉錄病毒，其中包括人類的免疫缺陷病毒HIV。
用從不同種類狐猴中收集到的基因“化石”序列，研究人員通過計算機重新組合出了原猴類慢病毒原有的完整DNA序列，並發現，在馬達加斯加不同地理位置生活的兩種狐猴中，有許多幾乎同時分別被pSIV感染，這為慢病毒在原猴類物種中快速滲透提供了證據。
這一發現將有助於對已滅絕病毒作進一步的分析，提高我們對包括HIV在內的慢病毒生物學的認識。此外，存在於狐猴中的這一遠古慢病毒的特徵也說明，像HIV這樣的逆轉錄病毒今天很可能仍在馬達加斯加的哺乳動物群中流行。
