創作內容

7 GP

[科普]不同生物,同種基因

作者:天理何在│2016-03-05 23:56:46│巴幣:30│人氣:1038
如果昆蟲的基因不小心跑進去你的DNA,如果有好幾百個的細菌基因也跑進去,你會不會變成科學怪人呢?
答案是個NO NO,正是因為有那些DNA,才造就今天的你。
實際上基因非常擅長於傳播於物種之間。這些基因不只是單純轉移而已,他們還會積極地改造宿主。這讓宿主物種有了新的能力,直直地將他們送上演化之路。
即使人類自己,在外來DNA的戲碼中扮演了宿主的角色,而這些基因似乎也塑造了我們的演化。



"基因必須將持續複製到新宿主,否則他們將會在宿主死亡時一同被摧毀"
在達爾文的演化樹中,每個分枝都是一個新的物種。」
最常見的途徑是直接將基因傳給下一代。你會將你的基因傳給後代,所以這些基因就找到了新宿主。
有時候,這些基因突然有了變化,稱之為突變,這幫助了後代與他們的祖先產生差別。
過了許多世代之後,足夠的突變會造成新種族的誕生 ─ 也是自然多樣性的起源。

物種起源一書中,查爾斯 ‧ 達爾文敘述了演化過程的細節,他畫了一顆樹,每個分枝都是眾多突變產生的新種族。
但是基因尋找宿主,不只有這個方法。
有時候,基因能直接從一個生物跳到另外一個生物上,這個生物不需要是同物種。
這麼一個過程,就稱為水平基因轉移。

"生命之樹有如瑣碎節枝"

那也代表,達爾文的生命之樹圖並不完全正確。如果基因能在不同物種之間傳播,我們就必須要在這些分枝之間畫上線。
結果就是,生命之樹變得錯綜複雜,所有分枝都糾纏在一起。
基因水平轉移的程度代表著生命之樹糾結複雜,有點像是榕樹鬚那樣」  康橋大學的阿拉斯泰爾‧ 克斯普這麼說。

就這樣來看,基因轉移可說是稀有案例,因為任何試圖轉移到新生物的基因都需要面對很多阻礙。
想像一下,一個流離失所的基因,試圖進入一隻鴿子的體內。
首先它要能夠無損地進入鴿子的細胞,細胞工廠就有可能就會把這個基因結合至細胞DNA。
上述過程中有很多"如果"。
但基因要面對的挑戰就是,如果它要從鴿子遺傳下去,它得先要有辦法進入精子細胞、蛋或是早期發展的胚胎。這些可能的細胞宿主都深藏在鴿子的體內。

如果基因很幸運地進入胚胎了,個體必須要能存活到性成熟到能夠繁殖後代。只有如此,基因才有機會傳播至更多的個體。

這過程中真的有很多如果,所以基因要直接搬家可不容易。但是如果物種間長期一起生活的話,基因自己就會搬家了。


"寄生蜂試圖將卵產進毛毛蟲的那一刻,著實有著令人著迷的殘酷美感"
有些基因很好動。科學家在寄生蜂上發現了一些病毒的基因,同樣的基因又傳承到寄生蜂的獵物:毛毛蟲。

病毒DNA在一億年前就搬家到寄生蜂身上。這不只是一兩個離家出走的基因而已。而是整個病毒的基因庫都一起整合進寄生蜂的DNA裡面。

寄生蜂會把卵產在其他昆蟲的年輕後代,例如毛毛蟲。幼蟲會從裡到外把毛毛蟲吃掉。
這些寄生蜂已經演化到能夠善用病毒基因。雌性將病毒般的粒子跟卵一起注射進毛毛蟲體內。
粒子會癱瘓毛毛蟲的免疫系統,就像AIDS一樣。
免疫系統的癱瘓讓幼蟲可以無礙地啃食毛毛蟲,但很剛好地,有些毛毛蟲活了下來。


"這個毛毛蟲的下場不太好"
「幼蟲在毛毛蟲體內繁殖過程中,有時會無法成功長大  麥可 ‧ 史卓德,喬治亞大學的教授這麼說。「許多寄生蜂的下手目標其實並非理想的宿主
幸運的毛毛蟲們能正常發展,變態成蝴蝶。但它們無法擺脫病毒基因
"基因轉移,有時影響甚大"
病毒基因跑進一隻蛾或是蝴蝶裡面,所以它就這麼待著史卓德繼續說 就像基因本身從寄生蜂以及病毒轉移出來一樣,就字面上地改變了整個基因宿主的數量
關鍵在於:轉移的基因偶爾會搭個便車。寄生蜂對這些基因自有用處,但在毛毛蟲身上可能就沒有任何用途
「我們有很多基因轉移的例子,但是大多數都對宿主都沒有顯著的影響。」
某些基因造成的結果很有影響力。例如能變成致命武器的那種基因。

2014年的研究,由范德比大學的塞斯 ‧ 柏德斯坦帶領的團隊在病毒中找到不該出現的基因。
病毒是一小團裹於外殼裡的基因資訊。它們如此簡單到無法複製自己。於是病毒得感染那些能夠進行複製的細胞。
病毒偷偷鑽進細胞,開始利用細胞大量複製自己。這些新複製出來的病毒從受害者的細胞爆開來,並且感染更多細胞。

柏德斯坦的團隊當時正在研究某個病毒破壞細菌細胞壁的手法。他們發現用來進行破壞的基因,傳播到了其他生命體如:真菌、植物、昆蟲。


"古菌,單細胞生物"
殺菌基因甚至也在這些生活在深海噴泉的古菌中落了腳。
"這個基因有著通用功能"
「我們的理論是,這類的轉移比我們以為的還要常見 柏德斯坦言道 這就像是生命之樹的冰山一角一樣
團隊做了一連串的實驗,用以驗證這個基因不是各自演化出來的產物。如此一來,殺菌基因如此常見的原因也很明顯了。
能對抗細菌的基因,是個容易傳播的好東西柏德斯坦接著說 這個基因作用於跨足自然各界的生物,它的功用就是與細菌競爭
說來諷刺,這個用來消滅細菌的基因,也是從細菌身上來的。

"溶酶體是個能摧毀細菌之牆的攻城武器"

殺菌基因編排了一個複雜的分子結構,稱為溶酶體,能用來削弱細胞壁。細菌要進行細胞分裂時會適度使用溶酶體。
"能夠撼動宿主演化的基因"
但是當其他生物有了這套基因。它們製造夠多的溶酶體讓細菌爆開。
人類也有溶酶體,分泌於眼淚、痰以及母乳。但目前還不清楚基因是從細菌或人類自己演化出來的。「科學還做不到那邊」 柏德斯坦這麼說
但不論如何,溶酶體基因改變了演化的面貌,但最多也就只是給宿主一個新能力而已。
另一種基因,在宿主的演化當中則有更深刻的影響。.


"甘藷是一個自然基改的例子"
          
2015年5月, 我們找到了一個在一萬年前轉移到甘藷的細菌基因
祕魯國際馬鈴薯中心的傑 ‧ 克魯茲教授以及他的同事正在研究甘藷抵抗病毒感染的原因。
「我當時在瀏覽資料,然後我才發現這些基因都是從細菌來的。我看得更近一些,這些基因通常只有在農桿菌上才找得到。」  ─ 傑 ‧ 克魯茲
農桿菌是個常見的細菌,通常會在植物上造成冠狀瘤,你可以在榕樹上看到這類冠瘤
就為了製造冠狀瘤,農桿菌將自己的DNA轉移進宿主植物裡頭

"被農桿菌感染的菊花"

「在某個時間點,農桿菌感染了甘藷。植物組織被感染並且改變基因,但同時也製造出了一種新物種,因此能夠把農桿菌基因遺傳給後代。─ 傑 ‧ 克魯茲

傑 ‧ 克魯茲測試了將近三百多種的現代甘藷,全部都有農桿菌基因。
但是這些基因在甘藷的野外遠親是找不到的,克魯茲認為這與甘藷的馴養過程有關
不然為什麼你在野外甘藷找不到這些基因呢?」─ 傑 ‧ 克魯茲

這些基因可能讓甘藷變得更好吃,但是我們不知道這到底正不正確。
那可不是什麼證據,關連性不是原因─ 傑 ‧ 克魯茲

"DNA可以從一個物種轉移到別的物種上"
即使農桿菌基因對甘藷的馴養有其貢獻,轉移基因仍然沒有遺傳基因來得重要。
至少對於複雜的生物如動物以及植物,祖先遺傳仍然是重要的基因來源。對多細胞生物來說,水平基因轉移更像是例外。

換句話說,外來基因比起我們自己演化出來的基因來說,要少很多。不過,在人類基因庫裡,水平基因的數量意外的多。
2015年,克斯普與他的同事發現人類有145個外來基因。似乎都是最近才從植物、動物、真菌、細菌來的。
「我們發現越來越多水平轉移的基因,這是生物演化的重要過程。」─ 傑 ‧ 克魯茲
克斯普找到的基因,可不只是來搭便車而已:它們很積極。「這些外來基因製造對我們有益的蛋白質,這也是為什麼這些基因能留下來的原因
一些基因負責決定我們的血型,一些基因則負責新陳代謝。但其他基因的功用卻更加重要。

"人類的反轉錄病毒HERV-K(紅色),以及宿主細胞"
你一生最開始的那幾天,你製造新病毒,並且將它們整合進基因裡
HERV-K在20萬年前感染人類, 大約是我們物種還在嬰兒期的時候
不過這個病毒已經在更久以前就感染了靈長類,並且轉移到我們祖先體內很多次。

HERV-K保護胚胎免於病毒感染」

不是每個人都有HERV-K,但對宿主而言,HERV在胚胎時期扮演了一個重要角色。
史丹福大學的愛德華 ‧ 葛羅以及它的同事研究了一個還沒發育的體外受精胚胎。他們發現HERV-K基因在卵子受精後與胚胎植入子宮壁前的這段時間點,活化了一小段時間。,
雖然不清楚這些病毒基因在幹什麼,但是其中一個理論是他們保護胚胎免於其他病毒感染。
「我們一直都被HERV-K感染,這個病毒保護了胚胎,不被別的病毒感染」
病毒基因似乎也在懷孕的下一個階段扮演重要角色。

"發育中的胎兒需細心呵護,免於有毒化學物質的侵擾"
生育後代的麻煩之一,也就是胎兒發育時,母親要提供胎兒營養及氧氣,但不能是有毒物質
"病毒基因,塑造了我們的演化"
以人類以及其他哺乳類動物來說,母體利用胎盤與胚胎分享有益的化學物質。胎盤中有一個特別構造,稱之為合胞滋養層,由細胞合體組成,用做胚胎的城牆。

1999年,滋養層解釋了我們在45億年間在路邊撿到的病毒基因, 其中一個蛋白質基因碼,其名喚作合體素,作用就是幫助細胞融合在一起。

"基因之流,形源異同"

"病毒遺傳資訊如豪雨般降下並改造我們的基因。"  路易斯 ‧ 維拉里爾 ,任職於加州大學的病毒研究中心,如是說 "雖然這並不只是從宿主與宿主之間傳播,但這個想法的起源很具創新。"

如昆蟲以及病毒之類的生命體,賜與我們基因,這些基因改變了身體的運作方式,也協助了我們的演化。即使最遠的遠親,也在我們的演化之路上插了一腳

基因轉移透露了一件重要的真相:我們同地球其他生命型態的連結,比我們想像中的更緊密。
不論這些有機生物的型態與我們有多麼不同,它們的基因對我們的好處多多。
我們在這方面研究的路上,才剛要開始。

引用網址:https://home.gamer.com.tw/TrackBack.php?sn=3120518
All rights reserved. 版權所有,保留一切權利

相關創作

留言共 2 篇留言

Noctis&Ghoul─食夜鬼
以前看過一個作品,好像有一段就描述,人類的進化是因為某種病毒感染,那病毒賦予人類智慧的同時,也讓人類變得殘暴。

03-06 00:12

ROUTE-666
神作 以蒐藏 +GP

09-12 23:05

天理何在
[e12]
09-12 23:11
我要留言提醒:您尚未登入,請先登入再留言

7喜歡★IG13557 可決定是否刪除您的留言,請勿發表違反站規文字。

前一篇:[科普]尋找地外生物的新... 後一篇:[桌遊RPG]那傢伙...

追蹤私訊切換新版閱覽

作品資料夾

Lobster0627全體巴友
大家可以多多來我的YT頻道看看哦(*´∀`)~♥https://www.youtube.com/@lobstersandwich看更多我要大聲說昨天16:06


face基於日前微軟官方表示 Internet Explorer 不再支援新的網路標準,可能無法使用新的應用程式來呈現網站內容,在瀏覽器支援度及網站安全性的雙重考量下,為了讓巴友們有更好的使用體驗,巴哈姆特即將於 2019年9月2日 停止支援 Internet Explorer 瀏覽器的頁面呈現和功能。
屆時建議您使用下述瀏覽器來瀏覽巴哈姆特:
。Google Chrome(推薦)
。Mozilla Firefox
。Microsoft Edge(Windows10以上的作業系統版本才可使用)

face我們了解您不想看到廣告的心情⋯ 若您願意支持巴哈姆特永續經營,請將 gamer.com.tw 加入廣告阻擋工具的白名單中,謝謝 !【教學】