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二號染色體的謎團——揭開人類進化的秘密

人類比黑猩猩少了一對染色體,這是否會推翻進化論? 那被插入的基因究竟是什麼? 下麵我們就詳細解析二號染色體的奧秘。

二號染色體的謎團——揭開人類進化的秘密

我們的討論從使人類成為地球霸主的二號染色體說起。 首先,我們需要瞭解什麼是染色體及其存在的意義。 染色體實際上是存放DNA的壓縮包,DNA就是遺傳物質,其結構正是著名的雙螺旋。 人體內每個體細胞中都有完整的一套DNA雙鏈。 要知道,這些鏈條極其漫長:如果將一個細胞內所有的DNA鏈完全展開,其長度大約可以達到一個人的高度,而將全身所有DNA鏈連接起來,其總長度甚至可能達到太陽系直徑的兩倍。 那麼,如何將如此龐大的DNA分子裝入微小的細胞核中呢?

這正是染色體存在的意義所在。 類比我們的電腦,很多零碎的小檔案若使用壓縮軟體打包後可大幅節省空間,染色體的作用就好似這種高效的壓縮工具。 令人驚歎的是,這種壓縮能力遠超現有的軟體技術,能够將DNA鏈壓縮高達八千四百倍。 每一套DNA雙鏈壓縮後便被分裝於46個壓縮包中,成對存在,也就是23對染色體,從而得以裝進細小的細胞核裏。

接下來,我們進入一個有趣的話題:按照進化論觀點,大約在六百萬年前,人類和黑猩猩曾共亯一個共同祖先,隨後分道揚鑣,一支演化成了現代人類,另一支則發展成了黑猩猩。 由此可見,黑猩猩是人類的近親。 然而,問題隨之而來——人類擁有23對染色體,而黑猩猩及其他所有現存靈長類動物都擁有24對染色體。 這個差异使得一些反對進化論的人質疑,如果進化論正確,那麼六百萬年前分開之時究竟哪一對染色體“消失”了? 由於基因組的完整性對物種而言至關重要,基因缺失通常會帶來嚴重缺陷,難以想像缺失一整對染色體的人類能够生存,更別說成為地球的主宰了。 囙此,有人據此斷言人類不可能是進化而來。

當這一質疑剛出現時,人類基因組尚未完全測序,科學家也缺乏確鑿的基因證據予以解答。 不過,彼時關於人類演化的化石證據已經相當豐富,加上進化論在其他物種演化中的高吻合度,絕大多數科學家仍支持進化理論。 但正如任何理論遇到質疑必然需要回應,科學家們便針對這一問題做出預測:他們認為人類之所以少一對染色體,是因為在進化過程中發生了染色體融合,即黑猩猩基因組中原本獨立的兩對染色體融合為一對。 隨著基因測序科技的進步,這一預測最終得到了驗證。

科學的嚴謹性要求一個好的理論必須滿足兩個條件:一是解釋客觀存在的現象,二是能做出可驗證的預測。 愛因斯坦的相對論就是一個典型例子,不僅解釋了已觀察到的天體現象,同時預言了時空扭曲、黑洞和引力波等後續被證實的現象。 對於我們今天討論的染色體融合理論來說,它首先成功解釋了人類為何少一對染色體,其次預言了黑猩猩的兩對染色體將融合為人類的二號染色體,這個預測也在後續基因組對比中得到了驗證。 經對比,人類基因組與黑猩猩基因組的差异率約為1.23%,而人類的二號染色體與黑猩猩中對應的兩對染色體完全對應。 黑猩猩的這兩對染色體囙此被編號為2a和2b,而它們的融合結果就是人類的二號染色體。

驗證這一理論的證據主要有三點:

  1. DNA序列對比
    把黑猩猩2a和2b染色體上的DNA序列與人類二號染色體相比較,發現不僅長度匹配,而且序列中每個環節的排列順序均一一對應。 換句話說,原本分散在兩個“壓縮包”中的鏈條,在人類中綜合在了一個壓縮包內。
  2. 著絲粒(原文中的“著絲力”)的多餘痕迹
    通常成對染色體在交叉時各自存在一個著絲粒。 若兩條染色體融合為一,那麼原本的兩個著絲粒結構中應有一個被保留下來。 人類二號染色體恰好在預測位置出現了額外的著絲粒遺跡。
  3. 端粒的存在
    端粒通常位於染色體的兩端,是保護染色體末端的結構。 如果兩條染色體融合,那麼原本只存在於末端的端粒序列應在染色體中部發現。 正如人類二號染色體中央的端粒痕迹所示,這進一步證明了兩染色體的融合。

可能有人會提出疑問:兩條染色體融合後,個體能否正常發育? 為說明這一點,我們在動物界中找到了例證。 以鹿科中的兩種動物為例:中國種與印度種——兩者在形態上極為相似,但染色體數目卻大相徑庭:中國種具有23對染色體,而印度種僅有3對。 儘管染色體數目懸殊,但在基因組的DNA序列層面,兩者包含的遺傳資訊基本一致。 這表明,將DNA鏈分裝在不同數量的染色體中並非决定物種生存的關鍵,關鍵在於DNA序列的完整性與功能能否正常指導蛋白質合成。

回到人類和黑猩猩的話題上,雖然二者都屬於人科,但分別隸屬於不同的屬(人屬與黑猩猩屬),囙此染色體數目的差异也就不足為奇。 正如中國種和印度種雖然屬於同一屬,但染色體數目可有極大差异一樣,僅憑染色體數目差异並不能否定人類與黑猩猩有共同祖先這一進化觀點。

實際上,在動物界中染色體融合的現象並不罕見。 即使在人類中,也有類似例子。 例如,一般正常人擁有46條染色體,但也存在染色體數目异常的個體。 要瞭解這些情况,我們需要認識一種名為“羅伯遜易位”的基因缺陷現象。 所謂羅伯遜易位,是指兩對染色體在交叉(著絲粒部位)處斷裂後,部分遺傳物質(包含大部分DNA)重新連結成一條更長的染色體,從而使原本的4條染色體變為3條。 雖然這些個體在外表上與常人無異,但在減數分裂、生育時可能會出現問題:與正常結合時,可能有1/2的概率流產、1/6的概率產下染色體正常(46條)的嬰兒、1/6的概率產下易位型嬰兒,剩餘1/6則存在流產或發生三體异常(如唐氏併發症)的風險。

如果父母雙方均為羅伯遜易位型個體,則生育結果可能更為複雜:有1/36的概率產下染色體正常的嬰兒、1/6的概率產下易位型嬰兒、1/36的概率產下染色體缺失的嬰兒(44條),從而產生染色體數目异常的後代。 雖然這種情況在人群中的發生率不高(大約1/1000),但在近親繁殖的家族中,這類易位現象則可能逐漸增多,染色體數目异常的個體出現概率也隨之升高。 在人類演化的早期,部落內的近親繁殖正是可能推動染色體融合從偶然事件變為穩定特徵的條件之一。 事實上,人類二號染色體並不屬於羅伯遜易位的範疇,因為其端粒和著絲粒結構均完整,這是一種更為直接的染色體融合現象。

從遺傳學角度來看,六百萬年前某個擁有48條染色體的古猿族群中,只要出現過染色體數目從48變為47的突變,經過數代無節制的近親繁殖,就有可能最終出現46條染色體的個體。 問題的關鍵不在於染色體數目的改變本身,而在於在個體數量處於絕對劣勢的情况下,23對染色體如何一步步獲得競爭優勢並最終佔據主導地位。 進化論對此已有解釋:在偶然出現從24對染色體變為23對染色體的個體後,其能否存續,取決於它是否具有相對於24對染色體的競爭優勢。 沒有競爭優勢的,必然會被淘汰; 有優勢的,則在自然選擇下逐漸普及。 幾百萬年來,擁有23對染色體的人類最終牢牢佔據了地位,而仍保持24對染色體的黑猩猩繼續在森林中自由生存。 同時,根據基因組測序數據,尼安德特人和丹尼索瓦人也都是23對染色體,這進一步表明正是23對染色體的出現,使得人類真正形成了獨特的種群特徵。

問題的答案到底是什麼? 答案正蘊藏在二號染色體中。 科學家們致力於研究二號染色體融合點比特上的基因變化,希望通過揭示古猿時代二a與二b染色體融合時在基因層面發生的變異,解釋23對染色體所帶來的競爭優勢。 從現時的研究來看,在二號染色體的融合點比特確實發現了黑猩猩2a和2b中均不存在的約15萬個堿基對的DNA序列。 然而,這些被“插入”的序列究竟在誘導染色體融合過程中發揮了何種功能,現時仍未完全解答。 可以說,這正是人類基因組計畫中最重要的課題之一。

根據霍金對好理論的標準,科學理論不僅要解釋客觀現象,還應做出可驗證的預測。 進化論在這裡作出的預測正是:從24對染色體到23對染色體的轉變賦予了人類競爭優勢。 未來若能通過更多基因組數據驗證這一點,便將進一步鞏固進化論的正確性; 反之,則可能需要引入包括神創論和外星人理論在內的多種解釋。 然而,現時這些替代理論在做出和驗證預測方面還缺乏切實可行的方案,僅能通過質疑其他理論來尋求存在感。

美國生物學家肯尼斯·米勒教授在講解二號染色體時曾指出:“事實就擺在那裡,經得起檢驗。進化論的預言已經獲得驗證,而創造論面對這一切,只能聳聳肩——設計者就是這麼設計的,沒有原因,也沒有規律。”雖說他本人是一比特虔誠的天主教徒,而筆者也對設計者的存在持開放態度,但我絕不相信設計者會故意以誤導我們的管道來運作。 囙此,我堅信二號染色體是進化的結果,它傳遞給我們的是來自遠古祖先的重要資訊。

以上就是關於二號染色體如何從24對變為23對以及這一變化對人類進化意義的詳細解析。

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